DE102016111236A1

DE102016111236A1 - Substrat-Trägerelement für eine Trägerhorde, sowie Trägerhorde und Vorrichtung mit dem Substrat-Trägerelement

Info

Publication number: DE102016111236A1
Application number: DE102016111236.4A
Authority: DE
Inventors: Thomas Piela; Larisa von Riewel
Original assignee: Heraeus Noblelight GmbH
Current assignee: Heraeus Noblelight GmbH
Priority date: 2016-06-20
Filing date: 2016-06-20
Publication date: 2017-12-21
Also published as: WO2017220272A1; EP3472859A1; US20190333787A1; TW201801234A; KR20190019132A; TWI667727B; CN109314073A; JP2019525496A

Abstract

Bekannte Substrat-Trägerelemente für eine Trägerhorde zur thermischen Behandlung eines Substrats weisen eine Auflagefläche für das Substrat auf. Um hiervon ausgehend ein Substrat-Trägerelement anzugeben, das eine möglichst homogene Erwärmung des Substrats ermöglicht, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Substrat-Trägerelement ein Verbundkörper ist, der eine erste Verbundkomponente und eine zweite Verbundkomponente umfasst, wobei die erste Verbundkomponente eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 0,5 bis 40 W/(m·K) und die zweite Verbundkomponente eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 70 bis 450 W/(m·K) aufweist.

Description

Technischer Hintergrund
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Substrat-Trägerelement für eine Trägerhorde zur thermischen Behandlung eines Substrats, aufweisend eine Auflagefläche für das Substrat.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Trägerhorde zur thermischen Behandlung eines Substrats, sowie eine Vorrichtung zur Bestrahlung eines Substrats.
Trägerhorden im Sinne der Erfindung werden zur Halterung mehrerer Substrate eingesetzt, insbesondere zur Halterung von Halbleiterscheiben (Wafer). Ein übliches Einsatzgebiet von Trägerhorden ist die thermische Behandlung von Silizium-Wafern in der Halbleiter- oder Photovoltaik-Industrie. Bekannte Trägerhorden weisen mehrere Substrat-Trägerelemente auf, auf die jeweils ein Substrat aufgelegt werden kann. Hierzu sind die Substrat-Trägerelemente häufig mit einer Auflagefläche ausgestattet, beispielsweise in Form einer Vertiefung.
Stand der Technik
Bei der Herstellung und Bearbeitung von Silizium-Wafern wird der Silizium-Wafer regelmäßig einer thermischen Behandlung unterzogen. Für die thermische Behandlung werden als Energiequelle meist Infrarotstrahler eingesetzt.
Silizium-Wafer sind dünne, scheibenförmige Substrate, die eine Oberseite und eine Unterseite aufweisen. Eine gute, homogene thermische Behandlung dieser Substrate wird erreicht, wenn die Infrarotstrahler der Ober- und/oder Unterseite des Substrats zugeordnet sind. Dies setzt allerdings das Vorhandensein eines vergleichsweise großen Bauraums oberhalb beziehungsweise unterhalb des zu bestrahlenden Wafers voraus.
Ein höherer Durchsatz bei der thermischen Behandlung der Wafer wird erreicht, wenn die Wafer in einer Trägerhorde angeordnet sind, die, bestückt mit Wafern, der thermischen Behandlung zugeführt wird.
Solche Trägerhorden sind häufig Vertikalhorden; sie bestehen im Wesentlichen aus einer oberen und einer unteren Begrenzungsplatte, die durch mehrere geschlitzte Querstäbe miteinander verbunden sind. Bei der halbleitertechnologischen Prozessierung von Wafern werden diese Trägerhorden beispielsweise in einem Ofen, einer Beschichtungs- oder Ätzanlage, aber auch für den Transport und die Aufbewahrung von Wafern eingesetzt. Eine solche Trägerhorde ist beispielsweise aus der DE 20 2005 001 721 U1 bekannt.
Ein Nachteil dieser Trägerhorden ist allerdings, dass zwischen den in der Trägerhorde gehaltenen Wafern nur ein geringer Bauraum verbleibt, was dazu führt, dass die Infrarotstrahler seitlich der Trägerhorde angeordnet werden müssen. Eine solche Anordnung hat zur Folge, dass die Wafer-Ränder im Vergleich zur Wafer-Mitte stärker bestrahlt werden. Eine ungleichmäßige Bestrahlung der Wafer kann die Qualität der Wafer beeinträchtigen. Darüber hinaus hängt die Prozesszeit davon ab, wie lange es dauert bis der Wafer – also auch dessen Mittenbereich – die gewählte Temperatur erreicht. Eine seitliche Bestrahlung der Wafer geht daher auch mit einer verlängerten Prozesszeit einher.
Darüber hinaus sind Trägerhorden bekannt, die mehrere Ebenen in der Art eines Regalsystems aufweisen. Bei diesen Trägerhorden werden auf die einzelnen Ebenen jeweils ein oder mehrere Substrate (Wafer) aufgelegt. Derartige Trägerhorden können einstückig oder mehrstückig ausgebildet sein, beispielsweise können mehrere, jeweils eine separate Ebene bildende Trägerelemente vorgesehen sein, die in einem Halterahmen gehalten sind. Bei Trägerhorden in der Art eines Regalsystems erfolgt die Wärmezufuhr über zwei Mechanismen, nämlich einerseits unmittelbar durch Bestrahlung des Substrats und andererseits mittelbar durch Wärmeübertragung von der jeweiligen Regal-Ebene. Allerdings stellt sich auch beim Einsatz regalartiger Horden grundsätzlich das Problem, dass die Infrarotstrahler seitlich neben der Horde angeordnet werden müssen, was häufig zu einer inhomogenen Substrat-Temperaturverteilung führt.
Technische Aufgabe
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die technische Aufgabe zugrunde, ein Substrat-Trägerelement für eine Trägerhorde anzugeben, das eine möglichst homogene Erwärmung des Substrats ermöglicht.
Darüber hinaus liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Trägerhorde beziehungsweise eine Bestrahlungsvorrichtung anzugeben, die eine möglichst homogene Erwärmung des Substrats ermöglichen.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Hinsichtlich des Substrat-Trägerelements wird diese Aufgabe ausgehend von einem Substrat-Trägerelement der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Substrat-Trägerelement ein Verbundkörper ist, der eine erste Verbundkomponente und eine zweite Verbundkomponente umfasst, wobei die erste Verbundkomponente eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 0,5 bis 40 W/(m·K) und die zweite Verbundkomponente eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 70 bis 450 W/(m·K) aufweist.
Substrat-Trägerelemente, die zur thermischen Behandlung von Substraten eingesetzt werden, sind in der Regel aus einem einzigen, homogenen Werkstoff gefertigt, der im Wesentlichen durch eine gute Temperaturstabilität und eine gute chemische Beständigkeit gekennzeichnet ist. Insbesondere bei der Halbleiterfertigung hängen die Ausbeute und das elektrische Betriebsverhalten von Halbleiterbauelementen wesentlich davon ab, inwieweit es bei der Halbleiterfertigung gelingt, Kontaminationen des Halbleitermaterials durch Verunreinigungen zu verhindern. Solche Kontaminationen können beispielsweise von den eingesetzten Apparaturen verursacht werden.
Bei herkömmlichen Substrat-Trägerelementen, die aus einem einzigen Werkstoff gefertigt sind, werden bei seitlicher Bestrahlung häufig Temperaturunterschiede auf einem darauf aufgelegten Substrat beobachtet. Der Grund hierfür ist, dass diese Substrat-Trägerelemente einen Randbereich und einen Mittenbereich aufweisen, wobei der der Strahlungsquelle zugewandte Randbereich des Substrat-Trägerelements stärker erwärmt wird als beispielsweise der Mittenbereich. Die damit einhergehenden Temperaturunterschiede des Substrat-Trägerelements spiegeln sich auch in der Substrat-Temperatur wider.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Substrat-Trägerelement ein Verbundkörper, der mindestens zwei Verbundkomponenten umfasst, die sich in ihrer Wärmeleitfähigkeit unterscheiden. Hierbei weist die erste Verbundkomponente eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 0,5 bis 40 W/(m·K), und die zweite Verbundkomponente eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 70 bis 450 W/(m·K) auf.

Unter Wärmeleitfähigkeit, auch Wärmeleitzahl genannt, versteht man eine stoffspezifische physikalische Größe; sie ist ein Maß für die Wärmeübertragung durch Wärmeleitung innerhalb eines Werkstoffs. Voraussetzung für die Wärmeleitung ist eine vorhandene Temperaturdifferenz. Metalle weisen regelmäßig eine gute Wärmeleitfähigkeit auf, was darauf beruht, dass in Metallen Wärmeenergie gut über die Leitungselektronen transportiert werden kann. In der nachfolgenden Tabelle 1 sind beispielhaft die Wärmeleitfähigkeiten einiger Werkstoffe aufgelistet. Tabelle 1

Stoff	Wärmeleitfähigkeit λ [W/(m·K)]	Stoff	Wärmeleitfähigkeit λ [W/(m·K)]
Silber	419	Aluminiumoxid	25–39
Kupfer	372	Graphit	5–17
Gold	308	Quarz	1,1
Aluminium	209	Glas	0,6–1,0
Platin	70

Um eine möglichst homogene Temperaturverteilung auf dem Substrat zu erreichen, sind die Verbundkomponenten so gewählt, dass diese auf einen Temperaturausgleich hinwirken.
Im einfachsten Fall sind Bereiche des Substrat-Trägerelements, die vergleichsweise hohen Bestrahlungsstärken ausgesetzt sind und für die eine hohe Temperatur erwartet wird, aus der ersten Verbundkomponente und Bereiche, für die eine niedrige Temperatur erwartet wird, aus der zweiten Verbundkomponente gefertigt.
Dadurch, dass Bereiche des Substrat-Trägerelements, für die eine niedrige Temperatur erwartet wird, aus der zweiten Verbundkomponente mit höherer Wärmeleitfähigkeit gefertigt sind, kann Wärmeenergie leicht in diese Bereiche transportiert und dort gleichmäßig verteilt werden, beispielsweise vom Randbereich in den Mittenbereich. Die aus der ersten Verbundkomponente gefertigten Bereiche des Substrat-Trägerelements sind zwar weiterhin einem hohen Energieeintrag ausgesetzt, allerdings wird einer unmittelbaren Weiterleitung der Energie durch die geringe Wärmeleitfähigkeit der ersten Verbundkomponente entgegengewirkt. Da das erfindungsgemäße Substrat-Trägerelement ein Verbundkörper ist, kann mittels der zweiten Verbundkomponente die in die erste Verbundkomponente eingebrachte Wärmeenergie möglichst gleichmäßig auf das gesamte Substrat-Trägerelement verteilt werden, wodurch gleichzeitig das Auftreten von Hochtemperaturbereichen auf dem Substrat verringert wird.
Für die Eigenschaften des Verbundkörpers sind die stofflichen Eigenschaften und die Geometrie der Verbundkomponenten von Bedeutung. Insbesondere spielen oft Größeneffekte eine Rolle. Die Verbindung von erster und zweiter Verbundkomponente erfolgt durch Stoff- oder Formschluss oder eine Kombination von beidem. Da die Größe, Form und Anzahl der Auflageflächenbereiche, die aus der ersten beziehungsweise der zweiten Verbundkomponente gefertigt sind, von der Art der Bestrahlung, insbesondere der Bestrahlungsleistung, dem Abstand der Strahlungsquelle und dem zu bestrahlenden Substrat abhängt, ist es vorteilhaft, wenn diese regelmäßig an die Bestrahlungssituation angepasst werden.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Substrat-Trägerelements ist vorgesehen, dass die Auflagefläche aus der zweiten Verbundkomponente gefertigt ist, und dass sich an die Auflagefläche ein aus der ersten Verbundkomponente gefertigter Randbereich anschließt.
Eine aus der zweiten Verbundkomponente gefertigte Auflagefläche trägt aufgrund ihrer guten Wärmeleitfähigkeit zu einer gleichmäßigen Substrat-Temperatur bei. Dadurch, dass die Auflagefläche zumindest teilweise von einem Randbereich umgeben ist, der aus der ersten Verbundkomponente gefertigt ist, wird – beispielsweise seitlich – in das Substrat-Trägerelement eingebrachte Wärmeenergie aufgrund der vergleichsweise geringen Wärmeleitfähigkeit der ersten Verbundkomponente zunächst im Randbereich gespeichert, um dann mittels der zweiten Verbundkomponente in Richtung der Auflagefläche abtransportiert und dort gleichmäßig verteilt zu werden.
Die Auflagefläche kann von dem Randbereich vollständig oder teilweise umgeben sein. Im einfachsten Fall ist der Randbereich nur einer Seite zugeordnet, die unmittelbar einem Wärmeeintrag ausgesetzt ist, beispielsweise der einer Strahlungsquelle zugewandten Seite des Substrat-Trägerelements.
Ebenso vorteilhaft hat sich ein die Auflagefläche vollständig umschließender Randbereich erwiesen. In diesem Fall dient der Randbereich als Energiespeicher, mit dem Energie gespeichert und gleichmäßig zur Erwärmung der Auflagefläche bereitgestellt wird. Der Energie-Transport wird durch die aus der zweiten Verbundkomponente gefertigte Auflagefläche gewährleistet. In diesem Zusammenhang hat sich als besonders günstig erwiesen, wenn die Auflagefläche aus einem scheibenförmigen Auflageelement aus der zweiten Verbundkomponente gebildet ist, das eine Ober- und eine Unterseite aufweist, und wenn der Randbereich die Oberseite und/oder die Unterseite des Auflageelements zumindest teilweise überlappt. Durch die Überlappung von Randbereich und Auflageelement wird der Kontaktbereich zwischen erster und zweiter Verbundkomponente vergrößert, sodass eine besonders effiziente Wärmeübertragung von der ersten zur zweiten Verbundkomponente ermöglicht wird.
Bei einer anderen, ebenso bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Substrat-Trägerelements umfasst die Auflagefläche die erste und die zweite Verbundkomponente.
Herkömmliche Substrat-Trägerelemente sind aus einem einzigen Werkstoff gefertigt, sodass die Auflagefläche aus demselben Werkstoff wie das Trägerelement besteht. Ein darauf aufliegendes Substrat weist bei Bestrahlung regelmäßig Temperaturunterschiede auf. Hierbei werden insbesondere die der Strahlungsquelle zugewandte Seite des Substrats und des Substrats-Trägerelements stärker erwärmt als beispielsweise deren Mittenbereich.
Im Gegensatz hierzu hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn bei dem erfindungsgemäßen Substrat-Trägerelement eine modifizierte Auflagefläche vorgesehen ist, deren physikalische Eigenschaften an die seitliche Bestrahlung der Auflagefläche und eines etwaig darauf aufgelegten Substrats angepasst ist.
Im einfachsten Fall ist ein Bereich der Auflagefläche, für den eine niedrige korrespondierende Substrat-Temperatur erwartet wird, aus der zweiten Verbundkomponente mit höherer Wärmeleitfähigkeit gefertigt. Dies trifft beispielsweise oft für den Mittenbereich der Auflagefläche zu. Weist die Auflagefläche in diesem Bereich eine gute Wärmeleitfähigkeit auf, kann Wärmeenergie leicht in diesen Bereich transportiert und dort gleichmäßig verteilt werden, beispielsweise von einem Randbereich in den Mittenbereich. Vorzugsweise sind Bereiche der Auflagefläche, die aufgrund ihrer Lage relativ zur Strahlungsquelle erwartungsgemäß stärker erwärmt werden, aus der ersten Verbundkomponente gefertigt. Diese Bereiche sind zwar weiterhin einem höheren Energieeintrag ausgesetzt, allerdings wird einer Weiterleitung der Energie durch die geringe Wärmeleitfähigkeit entgegengewirkt. Auf diese Weise wird die Fläche von Hochtemperaturbereichen auf dem Substrat minimiert.
Es hat sich als besonders günstig erwiesen, wenn die erste Verbundkomponente eine spezifische Wärmekapazität bei 20 °C von mindestens 0,7 kJ/(kg·K), vorzugsweise eine spezifische Wärmekapazität bei 20 °C im Bereich von 0,7 kJ/(kg·K) bis 1,0 kJ/(kg·K) aufweist.
Die spezifische Wärmekapazität eines Stoffes ist ein Maß dafür, welche Wärmemenge eine vorgegebene Menge eines Stoffs bei einer Temperaturänderung um 1 K aufzunehmen vermag, also inwieweit der Stoff Wärmeenergie aufzunehmen und zu speichern vermag. Wenn die erste Verbundkomponente eine Wärmekapazität von mindestens 0,7 kJ/(kg·K) aufweist, kann sie eine vergleichsweise große Menge Wärmeenergie aufnehmen. Dies reduziert die Wärmemenge, die von einem etwaigen darauf aufgelegten Substrat aufgenommen wird. Daher gilt, je größer die Wärmekapazität der ersten Verbundkomponente ist, umso niedriger ist die Wärmemenge, die vom Substrat aufgenommen werden kann und umso niedriger ist somit die Substrattemperatur.
Vorzugsweise ist erste Verbundkomponente einem Bereich der Auflagefläche zugeordnet, für den eine hohe korrespondierende Substrattemperatur erwartet wird, beispielsweise einem Randbereich der Auflagefläche. Zusammen mit einer geeig neten Wahl der Verbundkomponenten anhand deren Wärmeleitfähigkeit, trägt der Einsatz einer Verbundkomponente mit einer Wärmekapazität im oben genannten Bereich zusätzlich dazu bei, die Substrat-Temperaturunterschiede auszugleichen.

In der nachfolgenden Tabelle 2 sind beispielhaft die spezifischen Wärmekapazitäten einiger Werkstoffe bei T = 20 °C aufgelistet. Tabelle 2

Stoff	spezifische Wärmekapazität [kJ/(kg·K)]	Stoff	spezifische Wärmekapazität [kJ/(kg·K)]
Silber	0,234	Aluminiumoxid	0,9
Kupfer	0,385	Graphit	0,715
Gold	0,13	Quarzglas	0,729
Aluminium	0,896	Glas	0,779
Platin	0,134

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Substrat-Trägerelements ist vorgesehen, dass die Masse der ersten Verbundkomponente und die Masse der zweiten Verbundkomponente der Auflagefläche so aufeinander abgestimmt sind, dass die Wärmekapazität der ersten Verbundkomponente größer ist als die Wärmekapazität der zweiten Verbundkomponente.
Die Wärmekapazität der Verbundkomponenten hängt unter anderem von deren Masse ab. Je größer die Masse einer Verbundkomponente ist, desto größer ist ihre Wärmekapazität. Darüber hinaus hat die Wärmekapazität der Verbundkomponente Einfluss auf die Temperaturverteilung in einem auf die Auflagefläche aufgelegten und mit Infrarotstrahlung bestrahlten Substrat. Unter der Wärmekapazität einer Verbundkomponente versteht man das Verhältnis der zugeführten Wärmemenge zur erzielten Erwärmung. Je größer die Wärmekapazität ist, umso mehr Energie muss der Verbundkomponente zugeführt werden um sie um 1 K zu erwärmen. Die erste Verbundkomponente ist vorzugsweise Bereichen der Auflagefläche zugeordnet, für die eine hohe korrespondierende Substrattemperatur erwartet wird. Ist die Wärmekapazität der ersten Verbundkomponente größer als die der zweiten Verbundkomponente, werden Bereiche mit der ersten Verbundkomponente weniger stark erwärmt. Umgekehrt werden Bereiche mit der zweiten Verbundkomponente stärker erwärmt. Dies trägt zu einem Ausgleich von Substrat-Temperaturunterschieden bei. In diesem Zusammenhang hat es sich bewährt, wenn die Wärmekapazität der ersten Verbundkomponente um mindestens 30% größer als die Wärmekapazität der zweiten Verbundkomponente. Vorzugsweise ist die Auflagefläche als ebene Fläche ausgebildet.
Eine ebene Fläche ist mit geringem Fertigungsaufwand zu erzeugen, beispielsweise durch Schleifen. Sie hat darüber hinaus den Vorteil, dass ein ebenfalls ebenes Substrat eine möglichst große Kontaktfläche mit der Auflagefläche aufweist. Dies trägt dazu bei, dass die Wärmemenge über die Auflagefläche möglichst gleichmäßig auf das Substrat verteilt werden kann.
Ein auf die Auflagefläche aufgelegtes Substrat kann vollständig oder teilweise auf der Auflagefläche aufliegen. Vorzugsweise liegt ein auf die Auflagefläche aufgelegtes Substrats mit seiner Auflage-Seite vollständig auf der Auflagefläche auf. Dies hat den Vorteil, dass die Temperatur der Auflage-Seite soweit wie möglich über die Auflagefläche eingestellt werden kann, so dass eine möglichst gleichmäßige Erwärmung des Substrats ermöglicht wird.
Vorzugsweise weist die Auflagefläche für das Substrat eine Größe im Bereich von 10.000 mm² bis 160.000 mm², besonders bevorzugt im Bereich von 10.000 mm² bis 15.000 mm², auf.
Je größer die Auflagefläche ist, umso schwieriger lässt sich eine gleichmäßige Temperatur der Auflagefläche erzeugen. Eine Auflagefläche im Bereich von 10.000 mm² bis 160.000 mm² ist ausreichend groß zur Aufnahme gängiger Substrate wie beispielswiese Halbleiterscheiben. Gleichzeitig kann die Temperatur einer solchen Auflagefläche hinreichend homogen gehalten werden. Eine Auflagefläche von mehr als 160.000 mm² ist darüber hinaus aufwendig zu fertigen.
Es hat sich besonders bewährt, wenn die Größe der Auflagefläche im Bereich von 10.000 mm² bis 15.000 mm² liegt. Eine Auflagefläche in diesem Bereich ist insbesondere zur Aufnahme von Wafern geeignet, wie sie bei der Herstellung von elektronischen Bauelementen, beispielsweise bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen, verwendet werden. Dabei hat es sich als günstig erwiesen, wenn die Auflagefläche eine quadratische oder runde Form hat. Im Fall einer quadratischen Auflagefläche liegt deren Größe vorzugsweise zwischen 100 mm × 100 mm und 122 mm × 122 mm; bei einer runden Auflagefläche liegt der Auflageflächen-Durchmesser vorzugsweise zwischen 56 mm und 120 mm.
Es hat sich bewährt, wenn die Auflagefläche eine die erste Verbundkomponente aufweisende erste Zone und eine die zweite Verbundkomponente aufweisende zweite Zone umfasst.
Unter dem Begriff Zone wird ein Bereich der Auflagefläche verstanden, der ausschließlich aus der ersten Verbundkomponente besteht. Im einfachsten Fall schließen die erste Zone und die zweite Zone unmittelbar aneinander an. Sie können aber auch voneinander beabstandet sein. Der Einsatz von Zonen hat den Vorteil, dass diese einfach und kostengünstig gefertigt und miteinander verbunden werden können. Die Verbindung von erster und zweiter Zone erfolgt vorzugsweise durch Formschluss, kann aber auch stoffschlüssig erfolgen, beispielsweise durch Schweißen oder Kleben. Auch eine Kombination formschlüssiger und stoffschlüssiger Verbindung ist möglich. Eine rein formschlüssige Verbindung hat den Vorteil, dass sie besonders einfach herzustellen ist.
Vorteilhafterweise weist die erste Zone einen Abschnitt mit einer ovalen Form auf.
Das Temperaturverteilungsmuster auf einem scheibenförmigen, ebenen Substrat weist häufig Isothermen mit einem ovalen Form-Abschnitt auf. Es hat sich daher bewährt, wenn auch die erste Zone an die Form der Isothermen angepasst ist. Vorzugsweise weist auch die zweite Zone einen ovalen Formabschnitt auf. Besonders günstig ist es, wenn erste und zweite Zone unmittelbar aneinander angrenzen und die erste Zone einen ovalen Formabschnitt und die zweite Zone einen dem ersten Formabschnitt korrespondierenden zweiten ovalen Formabschnitt aufweist.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Substrat-Trägerelements ist die erste Verbundkomponente Carbon, Siliziumcarbid oder geschwärztes Zirkonoxid.
Die vorgenannten Werkstoffe weisen neben einer Wärmeleitfähigkeit im oben angegeben Bereich eine gute Temperaturstabilität auf und verfügen über eine gute chemische Stabilität.
In diesem Zusammenhang hat es sich bewährt, wenn die zweite Verbundkomponente ein Metall enthält, vorzugsweise Aluminium oder eine Legierung davon oder hochwarmfesten Stahl.
Metalle weisen regelmäßig eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, was darauf beruht, dass in Metallen Energie über deren Leitungselektronen transportiert werden kann. Insbesondere Aluminium zeigt bei höheren Temperaturen eine hinreichende chemische Stabilität und ist daher zum Einsatz als Verbundkomponente geeignet.
Das Substrat-Trägerelement ist vorteilhafterweise in einer bekannten Trägerhorde zur thermischen Behandlung einer Halbleiterscheibe einsetzbar.
Hinsichtlich der Trägerhorde zur thermischen Behandlung eines Substrats wird die oben genannte Aufgabe ausgehend von einer Trägerhorde der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass sie ein erstes Substrat-Trägerelement und ein zweites Substrat-Trägerelement aufweist, wobei erstes und zweites Substrat-Trägerelement derart angeordnet sind, dass ihre jeweiligen Auflageflächen für das Substrat parallel zueinander verlaufen. Die erfindungsgemäße Trägerhorde ist insbesondere zur thermischen Behandlung einer Halbleiterscheibe (Silizium-Wafer) ausgelegt. Dabei sind Auflageflächen der Substrat-Trägerelemente parallel zueinander angeordnet. Vorzugsweise sind erstes und zweites Trägerelement in der Art eines Regals angeordnet, das zur Aufnahme von Substraten ausgelegt ist. Der Einsatz einer regalartigen Trägerhorde hat den Vorteil, dass die zur Erwärmung benötigte Energie über zwei Mechanismen bereitgestellt werden kann, nämlich einerseits unmittelbar durch direkte Bestrahlung des Substrats und anderseits indirekt durch Wärmeleitung über die Trägerhorde selbst, die sich während des Bestrahlungsprozesses ebenfalls erwärmt. Die Trägerhorde kann einstückig oder mehrstückig ausgeführt sein. Sie weist mindestens zwei Substrat-Trägerelemente auf.
Bei herkömmlichen Substrat-Trägerelementen besteht die Auflagefläche meist aus demselben Werkstoff wie das Trägerelement. Im Gegensatz hierzu sind bei dem erfindungsgemäßen Trägerhorde Trägerelemente in Form eines Verbundkörpers vorgesehen, der mindestens zwei Verbundkomponenten umfasst, die sich in ihrer Wärmeleitfähigkeit unterscheiden. Hierbei weist die erste Verbundkomponente eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 0,5 bis 40 W/(m·K), und die zweite Verbundkomponente eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 70 bis 450 W/(m·K) auf.
Wie oben erläutert, sind die Verbundkomponenten so gewählt, dass diese auf einen Temperaturausgleich hinwirken. Hierdurch wird eine möglichst homogene Temperaturverteilung auf dem Substrat erhalten.
Hinsichtlich der Vorrichtung zur Bestrahlung eines Substrats wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass sie mindestens ein Substrat-Trägerelement aufweist, sowie mindestens einen Infrarotstrahler zur Bestrahlung des Substrat-Trägerelements.
Eine solche Vorrichtung zur Bestrahlung einer Halbleiterscheibe (Silizium-Wafer) geeignet; sie weist mindestens eine Infrarotstrahlungsquelle auf und ist thermischer Behandlung von Substraten einsetzbar. Der Infrarotstrahler ist zur Bestrahlung des Substrat-Trägerelements, insbesondere der Auflagefläche und eines darauf aufgelegten Substrats ausgelegt. Der Infrarotstrahler weist vorzugsweise eine Längsachse auf, die senkrecht parallel oder diagonal zur Auflagefläche des Substrat-Trägerelements verläuft.
Die Vorrichtung weist mindestens ein Substrat-Trägerelement im Sinne der Erfindung auf, das mit einer modifizierten Auflagefläche versehen ist. Diese Auflagefläche umfasst mindestens zwei Verbundkomponenten, die sich in ihrer Wärmeleitfähigkeit unterscheiden. Hierbei weist die erste Verbundkomponente eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 0,5 bis 40 W/(m·K), und die zweite Verbundkomponente eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 70 bis 450 W/(m·K) auf. Die physikalischen Eigenschaften der Verbundkomponenten sind an die seitliche Bestrahlung der Auflagefläche und eines etwaig darauf aufgelegten Substrats angepasst.
Um eine möglichst homogene Temperaturverteilung auf dem Substrat zu erreichen, sind die Verbundkomponenten so gewählt, dass diese auf einen Temperaturausgleich hinwirken. Im einfachsten Fall ist ein Bereich der Auflagefläche, für den eine niedrige korrespondierende Substrat-Temperatur erwartet wird, aus der zweiten Verbundkomponente mit höherer Wärmeleitfähigkeit gefertigt. Dies trifft beispielsweise oft für den Mittenbereich der Auflagefläche zu. Weist die Auflagefläche in diesem Bereich eine gute Wärmeleitfähigkeit auf, kann Wärmeenergie leicht in diesen Bereich transportiert und dort gleichmäßig verteilt werden, beispielsweise von einem Randbereich in den Mittenbereich. Vorzugsweise sind Bereiche der Auflagefläche, die aufgrund ihrer Lage relativ zur Strahlungsquelle erwartungsgemäß stärker erwärmt werden, aus der ersten Verbundkomponente gefertigt. Diese Bereiche sind zwar weiterhin einem höheren Energieeintrag ausgesetzt, allerdings wird einer Weiterleitung der Energie durch die geringe Wärmeleitfähigkeit entgegengewirkt. Auf diese Weise wird die Größe von Hochtemperaturbereichen auf dem Substrat minimiert und eine möglichst homogene Erwärmung des Substrats ermöglicht.
Dabei hat es sich als günstig erwiesen, wenn die Auflagefläche des Substrat-Trägerelements eine die erste Verbundkomponente aufweisende erste Zone und eine die zweite Verbundkomponente aufweisende zweite Zone umfasst, und wenn sie eine dem Infrarotstrahler zugewandte Querseite, sowie zwei Längsseiten aufweist, wobei die erste Zone sich entlang der Querseite erstreckt.
Der Querseite ist regelmäßig der Infrarotstrahler zugeordnet; sie ist daher den höchsten Bestrahlungsstärken ausgesetzt. Sie weist den geringsten Abstand zum Infrarotstrahler auf. Eine sich entlang der Querseite erstreckende erste Zone trägt dazu bei, dass die Temperatur im Bereich der Querseite möglichst niedrig gehalten und eine Ausbreitung von Bereichen hoher Temperatur entgegengewirkt wird.
In diesem Zusammenhang hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn sich die zweite Zone entlang mindestens einer der Längsseiten erstreckt.
An den Längsseiten ist die Temperatur des Substrats regelmäßig höher als in der Mitte des Substrats. Dies hat damit zu tun, dass sich ein Substrat in der Regel an seinen Rändern schneller erwärmt als in der Mitte. Dadurch, dass die zweite Zone sich entlang mindestens einer, vorzugsweise entlang beider Längsseiten erstreckt, kann die Wärme von den Rändern in die Mitte abgeführt werden. Zu diesem Zweck ist die zweite Zone aus der zweiten Verbundkomponente gefertigt; diese trägt mit ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit zu einem schnellen Temperaturausgleich innerhalb des Substrats bei.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt in schematischer Darstellung
1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Trägerhorde zur thermischen Behandlung eines Substrats, bei der mehrere erfindungsgemäße Substrat-Trägerelemente in der Art eines Regalsystems gestapelt sind,
2 in Schnittdarstellung eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestrahlung eines Substrats,
3 ein Temperaturverteilungs-Diagramm, das die Oberflächen-Temperatur eines Silizium-Substrats auf einer Auflagefläche aus Carbon wiedergibt, sowie eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Temperaturverteilung,
4 ein Temperaturverteilungs-Diagramm, das die Oberflächen-Temperatur eines Silizium-Substrats auf einer Auflagefläche aus Aluminium wiedergibt, sowie eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Temperaturverteilung,
5 eine Draufsicht auf verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Substrat-Trägerelemente, und
6 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Substrat-Trägerelements in einer Draufsicht (A) und einer Schnittdarstellung (B).
1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Trägerhorde, der insgesamt die Bezugsziffer 100 zugeordnet ist. Die Trägerhorde 100 ist zur thermischen Behandlung von Silizium-Wafern in der Halbleiter-/ Photovoltaik-Industrie ausgelegt. Derartige Trägerhorden in der Art eines Regals werden im englischsprachigen Sprachraum auch als „stacks“ bezeichnet. Die Trägerhorde 100 umfasst mehrere Substrat-Trägerelemente 101. Zur Vereinfachung der Darstellung ist in 1 beispielhaft eine Anordnung von zehn Substrat-Trägerelementen 101 gezeigt. Die Substrat-Trägerelemente 101 sind identisch ausgebildet. Die Trägerhorde 100 weist in vertikaler Richtung 103 fünf aufeinandergestapelte Substrat-Trägerelemente 101 auf. Darüber hinaus erstreckt sich die Trägerhorde in horizontaler Richtung 102; hier sind in jeder Ebene jeweils zwei Substrat-Trägerelemente 101 nebeneinander angeordnet.
Beispielhaft ist nachfolgend eines der Substrat-Trägerelement 101 näher beschrieben:
Das Substrat-Trägerelement 101 ist aus Carbon gefertigt; es weist zwei Längsseiten 105 und zwei Querseiten 104 auf. An den Querseiten 104 befinden sich jeweils zwei Vorsprünge 106, mit denen das Substrat-Trägerelement 101 an den Querstäben 107 befestigt werden kann. Die zylinderförmigen Querstäbe 107 sind aus Stahl gefertigt und jeweils mit einem Außengewinde versehen. Das Substrat-Trägerelement 101 weist entsprechende Bohrungen mit einem Innengewinde auf, sodass das Substrat-Trägerelement 101 mit den Querstäben 107 verschraubt werden kann. Der Gewindedurchmesser beträgt 8 mm. Die Querstäbe 107 haben einen kreisförmigen radialen Querschnitt, der Durchmesser der Querstäbe beträgt 8 mm.
Das Substrat-Trägerelement 101 weist eine Länge von 200 mm (entsprechend der Längsseite 105 einschließlich der Vorsprünge 106 mit einer Vorsprung-Länge von 30 mm) und eine Breite von 150 mm (entsprechend der Querseite 104) auf. Die Dicke des Substrat-Trägerelements 101 beträgt 2 mm. Auf der Oberseite des Substrat-Trägerelements 101 ist eine Auflagefläche 108 für eine Halbleiterscheibe in Form einer rechteckigen Vertiefung vorgesehen.
Das Substrat-Trägerelement 101 ist im Bereich der Auflagefläche 108 aus zwei Verbundkomponenten gefertigt, nämlich aus der ersten Verbundkomponente Carbon (Wärmeleitfähigkeit: 17 W/(m·K)) und der zweiten Verbundkomponente Aluminium (Wärmeleitfähigkeit: 209 W/(m·K)); sie ist so dimensioniert, dass ein etwaig auf die Auflagefläche 108 aufgelegter Silizium-Wafer mit seiner Unterseite vollständig auf der Auflagefläche aufliegt.
Die Auflagefläche 108 hat eine rechteckige Form und weist eine Länge von 101 mm und eine Breite von 101 mm auf.
2 zeigt eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestrahlung von Halbleiterscheiben, der insgesamt die Bezugsziffer 200 zugeordnet ist. Die Vorrichtung 200 umfasst vier Infrarotstrahler-Module 201, 202, 203, 204, sowie eine Trägerhorde 100 wie sie in 1 beschrieben ist.
Soweit in 2 die gleichen Bezugsziffern verwendet werden, wie in 1, so sind damit gleiche oder äquivalente Bestandteile der Trägerhorde bezeichnet, wie sie oben anhand der 1 erläutert sind.
Die Infrarotstrahler-Module 201, 202, 203, 204 sind identisch ausgebildet und emittieren Infrarotstrahlung mit einem Wellenlängenmaximum im Bereich von 1.100 nm bis 1.400 nm. Das Strahlermodule 201, 202, 203, 204 haben eine nominale Gesamtleistung von 12 kW. Jedes der Strahlermodule ist mit acht zylinderförmigen Infrarotstrahlern 205 bestückt. In den Modulen 201, 202, 203, 204 sind die Infrarotstrahler 205 derart angeordnet, dass ihre Strahlerrohr-Längsachsen senkrecht zu den Auflageflächen 108 der Trägerhorde 100 verlaufen.
In 2 sind die Strahlermodule 201, 202, 203, 204 den Querseiten 104 der Substrat-Trägerelemente 101 zugeordnet. Bei einer alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung (nicht dargestellt) sind die Strahlermodule 201, 202, 203, 204 den Längsseiten 105 der Substrat-Trägerelemente 101 zugeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Strahlermodule 201, 202, 203, 204 größer dimensioniert werden können, sodass eine höhere Bestrahlungsleistung bereitgestellt werden kann.
Das jeweilige Strahlerrohr der Infrarotstrahler 205 ist aus Quarzglas gefertigt; es weist einen Außendurchmesser von 14 mm, eine Wanddicke von 1 mm und eine Länge von 300 mm auf. Innerhalb des Strahlerrohrs ist jeweils ein Heizfilament aus Wolfram angeordnet. Darüber hinaus weist das Strahlerrohr der Infrarotstrahler 205 eine der zu bestrahlenden Halbleiterscheibe 206a, 206b zugewandte Seite 207 und eine abgewandte Seite 208 auf. Die der zu bestrahlenden Halbleiterscheibe 206a, 206b abgewandte Seite des Strahlerrohrs ist mit einer Schicht aus opakem Quarzglas versehen, die als Reflektor wirkt.
Hinsichtlich der Trägerhorde 100 zeigt 2 einen horizontalen Schnitt durch zwei Substrat-Trägerelemente 101. Jedes der Substrat-Trägerelemente 101 weist zwei Querseiten 104 und zwei Längsseiten 105 auf, wobei die Infrarotstrahler-Module 201, 202, 203, 204 den Querseiten 104 zugeordnet sind. Durch diese Anordnung werden etwaige auf die Auflageflächen 108 aufgelegte Halbleiterscheiben seitlich von zwei Seiten bestrahlt. Bei dieser Art der Anordnung der Infrarotstrahler relativ zur Trägerhorde 100 werden eingelegte Substrate einerseits unmittelbar von den Infrarotstrahler-Modulen 201, 202, 203, 204 bestrahlt. Andererseits ist das Regalsystem aus Carbon gefertigt, welches ebenfalls Strahlungsenergie aufnimmt, so dass ein nichtunwesentlicher Anteil des Wärmeeintrags in das Substrat auch über das Regalsystem erfolgt. Bei einer solchen Anordnung sind grundsätzlich die Ränder eines eingelegten Substrats höheren Infrarot-Bestrahlungsstärken ausgesetzt als der Substratmittelpunkt. Um hieraus resultierende Unterschiede der Substrattemperatur zu minimieren, ist die Auflagefläche 108 aus zwei Verbundkomponenten, beispielsweise aus Aluminium und Carbon gefertigt.
Aluminium weist eine hohe Wärmeleitfähigkeit von 209 W/(m·K) auf und ist daher zum schnellen Abtransport und zur schnellen Umverteilung von Wärmeenergie geeignet. Im Gegensatz hierzu weist Carbon eine vergleichsweise geringe Wärmeleitfähigkeit auf; sie beträgt etwa 17 W/(m·K). Dies hat zur Folge, dass die Verteilung der Wärme in Carbon langsamer verläuft. Gleichzeitig verfügt der Werkstoff Carbon aber über eine gute Wärmekapazität (0,71 kJ/kg·K bei T = 20 °C), so dass Carbon eine gewisse Wärmemenge selbst aufzunehmen vermag.
Eine Auflagefläche 108, die erfindungsgemäß aus einem Verbund dieser beiden vorgenannten Materialien, Aluminium und Carbon, gefertigt ist, macht sich diese unterschiedlichen Eigenschaften der Verbundkomponenten zu nutze. Mögliche Ausgestaltungen der Auflagefläche 108 hinsichtlich der Verteilung der Verbundkomponenten sind in 5 dargestellt.
Eine auf die Auflagefläche 108 aufgelegte Halbleiterscheibe wird einerseits unmittelbar von den Infrarotstrahlern und andererseits mittelbar von der Trägerhorde erwärmt. Die unmittelbare Bestrahlung der Halbleiterscheiben mit Infrarotstrahlung führt dazu, dass deren den Querseiten 104 zugeordneten Abschnitte durch die Infrarotstrahler im Mittel stärker erwärmt werden als die Abschnitte der Halbleiterscheiben, die den Längsseiten 105 und damit den Längsseiten der Auflagefläche zugeordnet sind. Dadurch, dass den Querseiten 104 jeweils eine Zone der ersten Verbundkomponente (Carbon) zugeordnet ist, die sich vorzugsweise entlang der jeweiligen Querseite der Auflagefläche erstreckt, wird ein Teil der auftreffenden Bestrahlungsenergie von der Carbon-Zone der Auflagefläche 108 absorbiert. Dadurch, dass zwischen den Carbon-Zonen an den Querseiten 104 eine Zwischenzone aus Aluminium angeordnet ist, wird eine schnelle Wärmeverteilung von den Rändern der längsseitigen Auflagefläche zum Mittelpunkt der Aluminium-Zone erreicht, so dass insbesondere etwaige Temperaturunterschiede innerhalb des Substrats schneller ausgeglichen werden.
Darüber hinaus sind die Massen der beiden Verbundkomponenten so gewählt, dass die Wärmekapazität des Carbon-Anteils größer ist als die des Aluminium-Anteils. Das Massenverhältnis beträgt: 30% Aluminium und 70% Carbon.
In 3A ist eine Simulation der Temperatur-Verteilung auf einem Silizium-Substrat 300 gezeigt, nachdem das Silizium-Substrat 300 seitlich mit zwei Infrarotmodulen 301a, 301b mit der Nominal-Leistung 28 kW bestrahlt wurde. Die Infrarotmodule 301a, 301b weisen jeweils einen Infrarotstrahler auf. Der Infrarotstrahler hat ein zylinderförmiges Strahlerrohr aus Quarzglas mit einer Strahlerrohr-Länge von 1 m. Das Strahlerrohr hat einen ovalen Querschnitt mit folgenden Außenabmessungen: 34 mm × 14 mm. Die Wanddicke des Strahlerrohrs beträgt 1,6 mm.
Das Silizium-Substrat 300 weist eine Breite von 100 mm, eine Länge von 100 mm und eine Höhe von 2 mm auf. Die Ecken des Silizium-Substrats 300 sind abgerundet.
Der Simulation ist zugrunde gelegt, dass das Silizium-Substrat 300 mit seiner Unterseite auf einem Trägerelement aufliegt, dessen Auflagefläche vollständig aus Carbon gefertigt ist. Die Wärmeübertragung auf das Substrat erfolgt durch zwei Mechanismen, nämlich durch Bestrahlung mit Infrarotstrahlung und durch Wärmeübertragung über das Trägerelement.
Die Substrat-Temperatur liegt im Bereich von 490.5 °C bis 580,38 °C. Da in 4 sowohl niedrige als auch hohe Temperaturen durch dunkle Farbtöne dargestellt sind und nur die Übergangsbereiche zwischen den minimalen und maximalen Temperaturen hellere Farben aufweisen, zeigt 3B eine vereinfachte, schematische Darstellung des Substrats aus 3A, aus dem die Bereiche niedriger, mittlerer und hoher Temperatur einfach ersichtlich sind. Darin sind Bereiche hoher Temperatur dunkel schraffiert, Bereiche mittlerer Temperatur heller schraffiert und Bereiche niedriger Temperatur sind hell schraffiert dargestellt. 3B soll in erster Linie der Erläuterung von 3A dienen.
4A zeigt ebenfalls eine Simulation der Temperaturverteilung wie 3A, mit dem Unterschied, dass bei der Simulation gemäß 4A das Silizium-Substrat 300 auf einem Trägerelement aufliegt, dessen Auflagefläche aus Aluminium gefertigt ist. 4B dient – wie schon 3B in Bezug auf 3A – zur Erläuterung von 4A.
Die 3 und 4 zeigen, dass eine Auflagefläche aus einem einzigen Werkstoff mit einer Inhomogenität hinsichtlich der Temperaturverteilung einhergehen kann. Der Vergleich der 3 und 4 zeigt insbesondere, dass eine Auflagefläche aus Carbon im Vergleich mit einer Auflagefläche aus Aluminium mit einer niedrigeren Substrat-Temperatur einhergeht [Carbon: etwa 540 °C; Aluminium: etwa 780 °C]. Die niedrigere Substrat-Temperatur kann damit erklärt werden, dass ein Substrat-Trägerelement aus Carbon selbst eine große Wärmekapazität aufweist, so dass vom Substrat-Trägerelement selbst ein Teil der Wärme aufgenommen wird und daher eine geringere Wärmemenge zur Erwärmung des Silizium-Substrats 300 zur Verfügung steht.
5 zeigt eine Draufsicht auf vier verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Substrat-Trägerelemente 500, 520, 540, 560, die in der Trägerhorde 100 gemäß 1 einsetzbar sind. Die Substrat-Trägerelemente 500, 520, 540, 560 weisen jeweils zwei Querseiten 502, 522, 542, 562 und zwei Längsseiten 501, 521, 541, 561 auf. Die Substrat-Trägerelemente 500, 520, 540, 560 sind für einen Einsatz in der Vorrichtung 200 aus 2 ausgelegt, wobei jeweils den Querseiten 502, 522, 542, 562 eine Infrarotstrahlungsquelle zugeordnet ist. Die Strahlungsrichtung der von den Infrarotstrahlungsquellen emittierten Strahlung ist durch Pfeile 580 dargestellt.
Die Substrat-Trägerelemente 500, 520, 540, 560 weisen darüber hinaus eine Auflagefläche 503, 523, 543, 563 für ein Substrat auf, die zwei Verbundkomponenten umfasst, nämlich als erste Verbundkomponente Carbon mit einer Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 0,17 W/(m·K) und als zweite Verbundkomponente Aluminium mit einer Wärmeleitfähigkeit von etwa 209 W/(m·K). Die Auflageflächen 503, 523, 543, 563 sind in Zonen unterteilt, die entweder aus der ersten Verbundkomponente oder aus der zweiten Verbundkomponente gefertigt sind.
Die Auflagefläche 503 des Substrat-Trägerelements 500 gemäß 5A weist drei Zonen I, II, III auf. Die Zonen I und III sind aus Carbon und die Zone II ist aus Aluminium gefertigt. Die Form der Zonen I und III ist identisch; sie weisen jeweils einen Abschnitt mit einem parabelförmigen Verlauf auf. Die Zone II schließt unmittelbar an die Zonen I, III an.
Die Auflagefläche 523 des Substrat-Trägerelements 520 (5B) unterscheidet sich von der Auflagefläche 503 nur in der Form der Zonen I, II, III. Die Zonen I und III weisen ebenfalls einen Abschnitt mit einem – wenn auch abgeflachten – parabelförmigen Verlauf auf. Darüber hinaus erstreckt sich die Zone II nicht vollständig über die Längsseite Auflagefläche.
5C zeigt eine alternative Anordnung der Zonen I, II und III aus 5A. Die Zonen I, III sind trapezförmig ausgestaltet. Trapezförmige Zonen weisen gerade Abschnitte auf und sind daher einfach und kostengünstig zu fertigen.
In 5D weist die Auflagefläche 563 vier Zonen I, IIa, IIb, III auf. Die Auflagefläche 563 ist in vier gleichgroße Zonen I, IIa, IIb, III unterteilt. Die Zonen I, IIa, IIb, III weisen die Form eines gleichschenkligen Dreiecks auf. Eine derartige Zonenverteilung ist besonders einfach und kostengünstig zu fertigen.
6A zeigt eine Draufsicht auf die Oberseite eines erfindungsgemäßen Substrat-Trägerelements, dem die Bezugsziffer 600 zugeordnet ist; 6B zeigt das Substrat-Trägerelement 600 in Schnittdarstellung entlang der Schnittachse A-A‘.
Das Substrat-Trägerelement 600 weist eine Auflagefläche 601 in Form einer Vertiefung auf, die zwei miteinander verbundene Komponenten umfasst. Die erste Verbundkomponente 603 ist aus Carbon gefertigt und bildet eine Art Halterahmen für die zweite Verbundkomponente 602. Die zweite Verbundkomponente ist eine Aluminium-Platte; sie weist eine Länge von 120 mm, eine Breite von 120 mm und eine Höhe von 1 mm auf.
Die Aluminium-Platte ist über die Querseite 605 in die Aufnahmen 606 der ersten Verbundkomponente eingeschoben und mit dieser stoffschlüssig verbunden. Die Aluminium-Platte ist derart dimensioniert, dass ein etwaig auf die Auflagefläche 601 aufgelegtes Substrat ausschließlich auf der Aluminium-Platte aufliegt.
Wird das Substrat-Trägerelement 600 seitlich mit Infrarotstrahlung bestrahlt erwärmt sich vor allem der Randbereich 607 des Substrat-Trägerelements 600. Die Randbereiche 607 dienen als Energiespeicher; die Aluminium-Platte bewirkt einen Energietransfer von den Randbereichen 607 in den Mittenbereich 608 des Substrat-Trägerelements. Sie zeigt eine gleichmäßige, homogene Temperaturverteilung und trägt so zu einer gleichmäßigen thermischen Behandlung eines etwaigen auf die Auflagefläche 601 aufgelegten Substrats bei.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202005001721 U1 [0007]

Claims

Substrat-Trägerelement (101; 500; 520; 540; 560; 600) für eine Trägerhorde (100) zur thermischen Behandlung eines Substrats (300), aufweisend eine Auflagefläche (108; 503; 523; 543; 563; 601) für das Substrat (300), dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat-Trägerelement (101; 500; 520; 540; 560; 600) ein Verbundkörper ist, der eine erste Verbundkomponente und eine zweite Verbundkomponente umfasst, wobei die erste Verbundkomponente eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 0,5 bis 40 W/(m·K) und die zweite Verbundkomponente eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 70 bis 450 W/(m·K) aufweist.
Substrat-Trägerelement (101; 500; 520; 540; 560; 600) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagefläche (108; 503; 523; 543; 563; 601) aus der zweiten Verbundkomponente gefertigt ist, und dass sich an die Auflagefläche (108; 503; 523; 543; 563: 601) ein aus der ersten Verbundkomponente gefertigter Randbereich anschließt.
Substrat-Trägerelement (101; 500; 520; 540; 560; 600) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagefläche (108; 503; 523; 543; 563; 601) die erste und die zweite Verbundkomponente umfasst.
Substrat-Trägerelement (101; 500; 520; 540; 560; 600) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verbundkomponente eine spezifische Wärmekapazität bei 20 °C von mindestens 0,7 kJ/(kg·K), vorzugsweise eine spezifische Wärmekapazität bei 20 °C im Bereich von 0,7 kJ/(kg·K) bis 1,0 kJ/(kg·K) aufweist.
Substrat-Trägerelement (101; 500; 520; 540; 560; 600) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse der ersten Verbundkomponente und die Masse der zweiten Verbundkomponente so aufeinander abgestimmt sind, dass die Wärmekapazität der ersten Verbundkomponente größer ist als die Wärmekapazität der zweiten Verbundkomponente.
Substrat-Trägerelement (101; 500; 520; 540; 560; 600) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagefläche (108; 503; 523; 543; 563; 601) eine die erste Verbundkomponente aufweisende erste Zone (I, III) und eine die zweite Verbundkomponente aufweisende zweite Zone (II, IIa, IIb) umfasst.
Substrat-Trägerelement (101; 500; 520; 540; 560; 600) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zone (I, III) einen Abschnitt mit einer ovalen Form aufweist.
Substrat-Trägerelement (101; 500; 520; 540; 560; 600) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verbundkomponente Carbon, Siliziumcarbid oder geschwärztes Zirkonoxid ist.
Substrat-Trägerelement (101; 500; 520; 540; 560; 600) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verbundkomponente ein Metall enthält, vorzugsweise Aluminium oder eine Legierung davon.
Substrat-Trägerelement (101; 500; 520; 540; 560; 600) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es in einer Trägerhorde (100) zur thermischen Behandlung einer Halbleiterscheibe (206a, 206b) einsetzbar ist.
Trägerhorde (100) zur thermischen Behandlung eines Substrats (300), aufweisend ein erstes Substrat-Trägerelement (101; 500; 520; 540; 560; 600) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10 und ein zweites Substrat-Trägerelement (101; 500; 520; 540; 560; 600) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, wobei erstes und zweites Substrat-Trägerelement (101; 500; 520; 540; 560; 600) derart angeordnet sind, dass ihre jeweiligen Auflageflächen (108; 503; 523; 543; 563; 601) für das Substrat (300) parallel zueinander verlaufen.
Vorrichtung (200) zur Bestrahlung eines Substrats (300), aufweisend mindestens ein Substrat-Trägerelement (101; 500; 520; 540; 560; 600) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, sowie mindestens einen Infrarotstrahler (205) zur Bestrahlung des Substrat-Trägerelements (101; 500; 520; 540; 560; 600).
Vorrichtung (200) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagefläche (108; 503; 523; 543; 563; 601) des Substrat-Trägerelements (101; 500; 520; 540; 560; 600) eine die erste Verbundkomponente aufweisende erste Zone (I, III) und eine die zweite Verbundkomponente aufweisende zweite Zone (II, IIa, IIb) umfasst, und dass sie eine dem Infrarotstrahler (205) zugewandte Querseite, sowie zwei Längsseiten aufweist, wobei die erste Zone (I, III) sich entlang der Querseite erstreckt.
Vorrichtung (200) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zweite Zone (II, IIa, IIb) entlang mindestens einer der Längsseiten erstreckt.