EP4122020A1 - Heizsystem und verfahren zum aufheizen von grossflächigen substraten - Google Patents

Heizsystem und verfahren zum aufheizen von grossflächigen substraten

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Publication number
EP4122020A1
EP4122020A1 EP21735575.9A EP21735575A EP4122020A1 EP 4122020 A1 EP4122020 A1 EP 4122020A1 EP 21735575 A EP21735575 A EP 21735575A EP 4122020 A1 EP4122020 A1 EP 4122020A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
susceptor plate
heating
substrate
maximum
spacers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21735575.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernhard Cord
Sergiy Borodin
Andreas Ludwig
Emmerich Manfred Novak
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Singulus Technologies AG
Original Assignee
Singulus Technologies AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Singulus Technologies AG filed Critical Singulus Technologies AG
Publication of EP4122020A1 publication Critical patent/EP4122020A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
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Definitions

  • the present invention relates to a heating system and a method for heating large-area substrates.
  • DE 19936081 A1 suggests heating by means of a so-called transparency body which has a certain transmission and a certain absorption for the relevant electromagnetic radiation.
  • the substrate is to be heated partly directly by electromagnetic radiation which passes through the transparent body and partly indirectly by means of heat conduction through contact with the transparent body, which heats up by means of absorption.
  • the transparency body can have a spacer against which the substrate rests.
  • this type of heating is disadvantageous in that, among other things, it is difficult to precisely control. Complete temperature equality between the substrate to be heated and the transparent carrier body can only be achieved if narrow tolerances are observed. This equilibrium is disturbed by a change in the thickness ratio or the absorption capacity of the substrate. Such The absorption capacity is changed, for example, by applying reflective or highly absorbent layers to the substrate. There is therefore a need for heating systems for large-area substrates which also allow higher temperature differences between the carrier and the substrate.
  • the present invention provides a heating system for heating large-area substrates.
  • the heating system has a susceptor plate with an upper side and a lower side, the susceptor plate being non-transparent for infrared radiation.
  • the heating system has several spacers above the susceptor plate, which are made of a material with low thermal conductivity.
  • the heating system has an infrared radiation source which is arranged and set up to heat the underside of the susceptor plate by means of infrared radiation.
  • the invention is based inter alia on the fact that the susceptor plate is heated indirectly by means of infrared radiation from the infrared radiation source and the absorbed energy is then given off to the substrate to be heated by means of heat radiation and / or heat conduction, with homogeneous heating being able to be achieved due to the spacers, since it does not
  • the problem described at the beginning can arise that, due to slight unevenness in the substrate, there is locally different contact between the substrate and the heating plate, which influences the heating process and leads to considerable temperature inhomogeneities in the substrate. Since the susceptor plate is opaque to infrared radiation, the substrate cannot be directly heated by the infrared radiation source.
  • the good thermal conductivity, in particular in the lateral direction, of the susceptor plate improves the homogeneity of the radiation emitted by the susceptor plate, so that possibly small inhomogeneities of the infrared radiation source can be compensated.
  • the heating of the substrate by the heated susceptor plate by means of thermal radiation and / or thermal conduction can therefore be controlled very precisely.
  • Large-area substrates in the context of the present invention mean substrates with an area of at least 0.7 m 2 , preferably at least 1 m 2 , more preferably at least 2 m 2 and particularly preferably at least 3 m 2 .
  • coated or uncoated glass panes, coated or uncoated silicon wafers with or without electronic components come into consideration as substrates. In principle, however, the invention is suitable for any substrates.
  • the present invention is directed to a heating system for heating large-area substrates.
  • the heating system has a susceptor plate with an upper side and a lower side as well as several spacers above the susceptor plate, which are made of a material with low thermal conductivity.
  • the heating system has an infrared radiation source which is arranged and set up to heat the underside of the susceptor plate by means of infrared radiation.
  • the susceptor plate should be made of such a material and dimensioned such that the susceptor plate is heated in the context of the heating test defined below using the reference substrate defined below in such a way that the maximum heating rate of the susceptor plate during the first 20 s of heating is at least is a factor of 4 greater than the maximum heating rate of the reference substrate during the first 20 s of heating.
  • This large temperature gradient reflects the very rapid heating of the susceptor plate, which in turn heats the substrate with a time delay by means of thermal radiation and, if necessary, thermal conduction through the heat-conducting gas located between the susceptor plate and the substrate (preferably at atmospheric pressure).
  • the heating of the substrate is usually based on a combination of thermal radiation, direct heat conduction at contact points between susceptor plate and substrate and heat conduction through the fluid located between susceptor plate and substrate.
  • the distance between the susceptor plate and the substrate in such a way that the heat conduction becomes very small and also only depends very slightly on the distance. It is therefore it is preferred that this distance is at least 1 mm and particularly preferably at least 2 mm or that the spacers protrude at least 2 mm from the top of the susceptor plate. More preferably this distance is at least 2.5 mm and particularly preferably at least 3 mm.
  • the spacers are at most 10 mm, more preferably at most 8 mm and particularly preferably at most 5 mm from the top of the Protrude susceptor plate.
  • the spacers can be arranged directly on the top of the susceptor plate or be connected to it. Alternatively, the spacers can also be arranged at a distance from the top of the susceptor plate above the susceptor plate. For example, the spacers can be held by corresponding support strips running above the susceptor plate or a grid. However, the spacers arranged above the susceptor plate are preferably located exclusively above or on top of the susceptor plate and preferably do not extend into the susceptor plate and in particular not through it. Rather, the spacers are structures that preferably extend exclusively between the top of the susceptor plate and the bottom of the substrate.
  • the spacers are static structures that are permanently present above the susceptor plate.
  • the spacers should be used during the substrate processing and in particular during the Heating process are present above the susceptor plate and the substrates are stored on the spacers during the heating process.
  • the temperature of the susceptor plate is significantly higher than that of the substrate during the heating process.
  • the susceptor plate is preferably formed from such a material and dimensioned such that the susceptor plate is heated in the context of the heating test defined below using the reference substrate defined below in such a way that the maximum temperature difference between the susceptor plate and the reference substrate is during the first 90 s of heating is at least 100 K, preferably at least 200 K, more preferably at least 300 K, even more preferably at least 400 K and particularly preferably at least 500 K.
  • These high initial temperature differences also reflect the very rapid heating of the susceptor plate and the associated high radiation power of the susceptor plate on the substrate.
  • infrared radiation is understood to mean the wavelength range between 0.5 pm and 10.0 pm.
  • the susceptor plate preferably for electromagnetic radiation in the entire wavelength range between 0.5 ⁇ m and 10.0 ⁇ m has a transmission of less than 10%, more preferably of less than 5%, even more preferably of less than 3% and particularly preferably of less than 1%. It can be sufficient if these transmission values are averaged over the entire wavelength range between 0.5 pm and 10.0 pm, since ultimately only the cumulative heating power is important. However, it is preferred that these transmission values are actually achieved over the entire wavelength range between 0.5 pm and 10.0 pm for each individual wavelength.
  • the susceptor plate has the specified transmission values for infrared radiation within this wavelength band (or these bands), as there is an increased transmission for radiation that is not emitted , is harmless.
  • the high degree of absorption of the susceptor plate initially causes exclusive heating of the susceptor plate and then that of the substrate due to the sharp rise in temperature of the susceptor plate.
  • the high degree of absorption of the susceptor plate and the indirect heating of the substrate are hereby measured by the Defined heating temperatures of the susceptor plate and the substrate. It is also advantageous here that the susceptor plate has a small thickness and heat capacity in order to achieve a rapid heating process.
  • the susceptor plate for electromagnetic radiation in the entire wavelength range between 0.5 ⁇ m and 10.0 ⁇ m has an absorption level of at least 45%, more preferably of at least 50% and particularly preferably of at least 55%.
  • a corresponding absorption on average can be sufficient.
  • the absorption of the susceptor plate can be further increased by appropriate measures such as, for example, structuring the surface or a higher surface roughness or by coating, for example with graphite.
  • degrees of absorption of at least 65%, more preferably of at least 75% and particularly preferably of at least 85% are possible.
  • the susceptor plate for electromagnetic radiation has an emissivity of at least 45%, more preferably of at least 50% and particularly preferably of at least 55% in the entire wavelength range between 0.5 ⁇ m and 10.0 ⁇ m.
  • a corresponding emission can be sufficient on average.
  • these emissivities be achieved for all wavelengths.
  • the emission of the susceptor plate can be increased further by appropriate measures such as, for example, structuring the surface or a higher surface roughness or by coating, for example with graphite. Emissivities of at least 65%, more preferably of at least 75% and particularly preferably of at least 85% are then also possible.
  • the above-mentioned values for transmission, absorption and emission can generally apply to the susceptor plate. With regard to the functionality of the susceptor plate, however, it is particularly desirable that the degrees of absorption for the lower side and the degrees of emission for the upper side of the susceptor plate are realized.
  • the specified transmission values should apply in particular to a transmission directed from the bottom up.
  • the present invention is directed to a heating system for heating large-area substrates, which has a susceptor plate with an upper side and a lower side, several spacers above the susceptor plate and a heating source which is arranged directly on or in the susceptor plate and is set up for this purpose to heat up the susceptor plate directly.
  • the multiple spacers are preferably made of a material with low thermal conductivity, the spacers protruding at least 1 mm, preferably at least 2 mm and particularly preferably at least 3 mm from the top of the susceptor plate.
  • the susceptor plate is not heated by means of infrared radiation, it is not necessary for this aspect for the susceptor plate to be nontransparent for infrared radiation. Preferably, however, no image of the heat source geometry should be generated in the temperature distribution of the substrate.
  • the heating source can be, for example, a resistance heater integrated into the susceptor plate.
  • the resistance heating is preferably designed in such a way that the surface of the susceptor plate has a homogeneous temperature distribution, the heat conduction within the susceptor plate also improving the homogeneous temperature distribution.
  • the susceptor plate of this third aspect of the invention also preferably consists of a material that corresponds to the heating tests defined above for the other aspects of the invention.
  • the thermal conductivity of the spacers in the entire temperature range between 20 ° C and 1,000 ° C is preferably less than 15 W / m / K, more preferably less than 12 W / m / K, more preferably less than 6.0 W / m / K, even more preferably less than 4.5 W / m / K and particularly preferably less than 3.0 W / m / K. Since the materials used for the spacers can also be anisotropic, it is particularly preferred that the thermal conductivity of the spacers in the direction perpendicular to the substrate plane is greater in the entire temperature range between 20 ° C.
  • the thermal conductivity of the spacers can be determined with conventional methods such as the laser flash method, the transient hot bridge method or by means of a heat flow meter (e.g. using the EP500e l-meter from Lambda-Meßtechnik GmbH Dresden).
  • a particularly preferred measuring method in the context of the present invention is the needle probe method according to ASTM D5334-08.
  • the spacers consist, for example, of quartz, glass or glass ceramic. CFC or other carbon-containing materials are also suitable as materials for the spacers.
  • spacers can be tubes, rods, pyramid-shaped structures or the like. As will be explained in more detail below, tubes or rods can extend along the transverse and / or longitudinal direction of the substrate and form a support grate or grid. Alternatively, isolated, local spacers can also be provided in order to further minimize the support surface, for example spherical, pyramidal or conical structures that support the substrate in a grid.
  • the spacers should preferably be shaped in such a way that the bearing surface or the contact surface between the substrate and the spacer is minimized.
  • the total (summed up) contact area between the substrate and all spacers is preferably a maximum of 5%, more preferably a maximum of 1%, particularly preferably a maximum of 0.1% of the substrate surface.
  • a particularly small contact surface is therefore advantageous.
  • the width of the contact line of spacers extending continuously along the transverse and / or longitudinal direction of the substrate is less than 50%, preferably less than 20% and particularly preferably less than 10% of the substrate thickness.
  • the diameter or the maximum dimension of the contact surface of a spacer is less than 50%, preferably less than 20% and particularly preferably less than 10% of the substrate thickness.
  • a minimization of the contact area is also achieved, for example, by a high modulus of elasticity, that is to say a low elastic deformation, and / or a low one Surface roughness of the contact body.
  • the modulus of elasticity of the spacer material is preferably at least 50 GPa, more preferably at least 60 GPa, even more preferably at least 70 GPa.
  • the surface roughness of the spacers is preferably a maximum of 0.05 mih, more preferably a maximum of 0.03 ⁇ m and even more preferably a maximum of 0.02 ⁇ m. This further minimizes the entry through heat conduction and the temperature gradients caused by it.
  • the spacers shade as little area of the substrate as possible. It is therefore preferred that the total projection area of all spacers (projected perpendicular to the substrate surface) amounts to a maximum of 10%, preferably a maximum of 6%, particularly preferably a maximum of 3% of the substrate surface.
  • the maximum unsupported distance between two spacers is less than 10 cm, more preferably less than 5 cm and particularly preferably less than 3 cm.
  • Corresponding simulations for spacers running parallel have shown that when a glass plate with a thickness of 2 mm is placed on spacers at a distance of 5 cm for a period of 5 minutes, a maximum deflection of 0.2 mm results, which is considered to be tolerable will. Similar calculations were carried out for discrete support points in a regular square pattern. Here, a diagonal of the square pattern (i.e. again the unsupported distance) of a maximum of 5 cm led to good results.
  • the thickness of the susceptor plate is preferably less than 5 mm, more preferably less than 3 mm and particularly preferably less than 2 mm.
  • panels made of fiber-reinforced carbon can be used.
  • the top of the susceptor plate preferably has an area of at least 0.7 m 2 , more preferably of at least 1 m 2 , more preferably of at least 2 m 2 and particularly preferably of at least 3 m 2 .
  • a (further) infrared radiation source can be provided, which is arranged and set up to heat the top of the susceptor plate or the substrate by means of infrared radiation.
  • the heating is particularly preferably carried out indirectly from this side by means of a susceptor plate. It is therefore also preferred that a further susceptor plate is provided with an upper side and a lower side, the susceptor plate being non-transparent for infrared radiation.
  • a (further) infrared radiation source is preferably provided, which is arranged and set up to heat the top of the further susceptor plate by means of infrared radiation.
  • the properties described above with regard to the lower susceptor plate also preferably apply to the upper susceptor plate, in particular also with regard to the optical parameters and the heating behavior.
  • the (upper and / or lower) susceptor plate has a lateral thermal conductivity within the susceptor plate plane of at least 10 W / m / K in the entire temperature range between 20 ° C and 1,000 ° C, more preferably of at least 30 W / m / K and particularly preferably of at least 50 W / m / K.
  • the present invention is further directed to a method of heating a large area substrate using the heating system described above (all three aspects).
  • the method comprises introducing a large-area substrate into the heating system in such a way that the substrate is supported on the spacers.
  • the method includes the heating of the susceptor plate, as a result of which the substrate mounted on the spacers is then primarily heated by means of thermal radiation.
  • the present invention is directed to a method for heating a large-area substrate with the following steps:
  • a heating system comprising a susceptor plate with a top and a bottom, a plurality of spacers above the susceptor plate, which are made of a material with low thermal conductivity, and a
  • Infrared radiation source which is arranged and configured to heat the underside of the susceptor plate by means of infrared radiation; - Introducing a large-area substrate into the heating system in such a way that the substrate is stored on the spacers; and
  • the susceptor plate is preferably heated using the infrared radiation source in such a way that the maximum heating rate of the susceptor plate during the first 20 s of heating is at least a factor of 4, preferably at least a factor 6, more preferably a factor of at least 10, greater than that maximum heating rate of the substrate during the first 20 s of heating.
  • the maximum temperature difference between the susceptor plate and the substrate during the first 90 s of heating is preferably at least 100 K, preferably at least 200 K, more preferably at least 300 K, even more preferably at least 400 K and particularly preferably at least 500 K.
  • the substrate preferably has an area of at least 0.7 m 2 , more preferably at least 1 m 2 , even more preferably at least 2 m 2 and particularly preferably at least 3 m 2 .
  • the susceptor plate is preferably heated to a temperature of at least 600.degree. C., more preferably of at least 800.degree. C. and particularly preferably of at least 1000.degree.
  • the substrate is heated over the entire surface by the heated susceptor plate primarily by means of thermal radiation, the heating of the substrate taking place at a rate of at least 2 K / s, more preferably of at least 3 K / s and particularly preferably of at least 4 K / s.
  • the heating rate is preferably less than 18 K / s, more preferably less than 15 K / s and particularly preferably less than 10 K / s.
  • a high initial heating rate of the susceptor plate is advantageous in order to quickly ensure a high transfer of energy from the susceptor plate to the substrate. It is therefore preferred that the susceptor plate is heated to a temperature of at least 300 ° C., preferably of at least 400 ° C.
  • the substrate is preferably heated to a temperature of at most 700.degree. C., more preferably of at most 650.degree. C. and particularly preferably of at most 600.degree.
  • the substrate is preferably heated to a temperature of at least 300.degree. C., more preferably of at least 400.degree. C. and particularly preferably of at least 500.degree.
  • the heating process is preferably carried out in the presence of a process gas.
  • the gas can be an inert gas, e.g. nitrogen or argon, a reactive gas or a mixture of an inert gas and a reactive gas.
  • a gas pressure of at least 20 mbar, more preferably of at least 100 mbar, even more preferably of at least 200 mbar and particularly preferably atmospheric pressure prevails between the susceptor plate and the substrate.
  • the distance between the top of the susceptor plate and the bottom of the substrate is preferably at least 1 mm, more preferably at least 2 mm and particularly preferably at least 3 mm. Furthermore, the distance between the top of the susceptor plate and the bottom of the substrate is preferably at most 10 mm, more preferably at most 8 mm and particularly preferably at most 5 mm.
  • the minimum distance of 2 mm leads to particularly homogeneous heating within the substrate.
  • the substrate is heated homogeneously during the entire heating process in such a way that the temperature difference occurring in the substrate surface in the area of a spacer during the entire heating process is at most 75 K, preferably at most 50 K and particularly preferably at most 25 K.
  • This can be measured, for example, with an infrared camera.
  • an area of 50 mm ⁇ 50 mm can be evaluated, which has at least one contact surface on at least one spacer as symmetrically as possible. The maximum difference of all temperatures determined within this area is determined at each measurement point in time.
  • discrete spacers with contact surfaces that are as punctiform as possible have a clear advantage in this regard. This is due, among other things, to the fact that the shadowing is only punctiform and a local inhomogeneity of the temperature distribution caused by a discrete spacer from all sides due to thermal conduction within the Substrate can be compensated, whereas a linear disturbance can only be compensated by heat conduction across the line.
  • the total contact area between the substrate and all spacers is preferably a maximum of 5%, preferably a maximum of 1%, particularly preferably a maximum of 0.1% of the substrate surface.
  • the width of the contact line of spacers extending continuously along the transverse and / or longitudinal direction of the substrate is less than 50%, preferably less than 20% and particularly preferably less than 10% of the substrate thickness .
  • the diameter or the maximum dimension of the contact surface of a spacer is less than 50%, preferably less than 20% and particularly preferably less than 10% of the substrate thickness.
  • the total projection area of all spacers is preferably a maximum of 10%, preferably a maximum of 6%, particularly preferably a maximum of 3% of the substrate surface.
  • the maximum unsupported distance between the contact surfaces of two spacers is preferably a maximum of 10 cm, preferably a maximum of 5 cm, particularly preferably a maximum of 3 cm.
  • the heating system can furthermore have a further susceptor plate with an upper side and a lower side and a further infrared radiation source, which is arranged and set up to heat the upper side of the further susceptor plate by means of infrared radiation.
  • the large-area substrate is introduced into the heating system in such a way that the substrate is stored between the two susceptor plates on the spacers.
  • the distance between the lower side of the further susceptor plate and the upper side of the substrate is likewise preferably at least 1 mm, more preferably at least 2 mm.
  • the present invention describes an advantageous heating system and an advantageous heating method for the case that a large-area substrate (e.g. a large-area glass pane) rests on a susceptor plate, which is quickly heated by, for example, IR radiators, achieving a homogeneous temperature distribution within the large-area substrate will.
  • a large-area substrate e.g. a large-area glass pane
  • IR radiators e.g. IR radiators
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a heating system according to a preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view through a heating system according to a further preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 4A schematically shows the arrangement of spacers according to a first preferred embodiment
  • FIG. 4B schematically shows the arrangement of spacers according to a second preferred embodiment
  • FIG. 4C schematically shows the arrangement of spacers according to a third preferred embodiment
  • FIG. 5A schematically shows the arrangement of the spacers according to FIGS. 4A-C according to a first preferred embodiment variant
  • FIG. 5B schematically shows the arrangement of the spacers according to FIGS. 4A-C according to a second preferred embodiment variant
  • FIG. 5C schematically shows the arrangement of the spacers according to FIGS. 4A-C according to a third preferred embodiment variant
  • FIG. 6A shows a schematic perspective view of a heating system according to a preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 6B is a schematic perspective view of a heating system according to another preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 6C is a schematic perspective view of a heating system according to another preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 6D is a schematic perspective view of a heating system according to another preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 6E is a schematic perspective view of a heating system according to another preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 6F is a schematic perspective view of a heating system according to another preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 schematically shows a measuring arrangement for the heating test;
  • thermocouple TC1 for Aufbreadtest
  • FIG. 10 shows the temperature history of a susceptor plate and a substrate in the inventive method; and FIG. 11 shows the heating rates determined from the temperature profiles according to FIG.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view through a heating system for heating large-area substrates according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the heating system has a susceptor plate 1 with an upper side la and an underside lb, the susceptor plate 1 preferably being nontransparent for infrared radiation.
  • Several spacers 2 are arranged on the upper side 1 a of the susceptor plate 1.
  • a large-area substrate 4 is mounted on the spacers 2.
  • the spacers 2 are preferably made of a material with low thermal conductivity in order to largely prevent direct thermal conduction from the susceptor plate 1 to the substrate 4.
  • an infrared radiation source 3 is indicated schematically, which is set up to heat the underside 1b of the susceptor plate 1 by means of infrared radiation.
  • the infrared radiation source 3 can be a single, flat one Extensive radiation source or an arrangement of several radiant heaters, e.g. several tubular IR emitters.
  • the sketch according to FIG. 1 is not to scale.
  • the substrate 4 can have an area of several square meters, whereas the cross-sectional area of the individual spacers 2 is generally only a few square millimeters.
  • the spacers 2 are solid rods with a round cross section.
  • the spacers 2 can have the shape of a tube with an interior cavity, as can be seen in FIG.
  • FIGS. 4A-C Different variants of cross-sections of spacers 2a, 2b and 2c according to the invention are shown in FIGS. 4A-C.
  • rods with a triangular or rectangular cross-sectional profile can also be used (see FIGS. 4B and C).
  • These rods 2b, 2c can also be made hollow (see FIG. 4B) or they can be solid (see FIG. 4C).
  • the spacer 2c (see FIG. 4C) could also be pyramid-shaped with a point-shaped support surface and the spacer 2b (see FIG. 4B) could be cylindrical with a, for example, circular support surface.
  • rod-shaped spacers 2 can be arranged parallel to one another (see FIGS. 6A and 6B) or in a crossing pattern (see FIG. 6C) so that rectangular or square areas of the substrate 4 are supported on all four sides.
  • the distance between adjacent spacers 2 can be variable (see FIGS. 6A and 6B) and should be adapted to the deformability (e.g. the deflection) of the substrate.
  • the spacers should preferably be dimensioned such that the substrate has a Distance of at least 1 mm, more preferably at least 2 mm, from the susceptor plate in order to minimize the influence of the gap size on the energy transfer. In this way a homogeneous agitation can be achieved.
  • the distance between adjacent spacers also plays a role, as has also already been explained above.
  • the applicant's analyzes have shown for arrangements according to FIGS. 6A and 6B in this regard that distances of a maximum of 10 cm, preferably a maximum of 5 cm and particularly preferably a maximum of 3 cm lead to good results for substrate materials, temperatures and storage times customary in practice.
  • larger distances could possibly also be tolerable.
  • the smallest possible contact area between the spacers and the substrate is also advantageous.
  • geometries as shown in FIGS. 4A and 4C are particularly advantageous, since in the case of cylinders, tubes or spacers with a triangular cross-section, the support surface is more or less reduced to a support line.
  • the tubular spacer according to FIG. 4A has proven to be particularly advantageous in this regard.
  • the geometry of the spacers also has an influence on the heating of the substrate by the thermal radiation, since the spacers shade the substrate in this regard. It is therefore also desirable that the maximum cross-sectional area or the projection of the spacers onto the substrate area is as small as possible. In fact, as already mentioned above, the applicant's experiments determined the greatest temperature inhomogeneities during the heating in the area of the spacers.
  • FIGS. 6A-C which extend continuously along the transverse and / or longitudinal direction of the substrate and Form a support grate or grid
  • provide isolated or discrete spacers as shown by way of example in FIGS. 6D-F, where conical or spherical spacers 2 are arranged in a regular square grid and only form point-like contact surfaces.
  • these discrete spacers do not have to be conical or spherical, as shown by way of example, but can also be, for example, pyramidal or cylindrical.
  • the arrangement in a square grid is also not mandatory, with a distribution of the spacers that is as regular as possible in view of the least possible interference and the smallest possible unsupported spacing being preferred.
  • the spacers 2 preferably ensure that the distance between the upper side 1 a of the susceptor plate 1 and the lower side of the substrate 4 is at least 2 mm. This can be done, for example, in that the spacers 2a, 2b, 2c, as can be seen in FIG. In this case, the distance h between the upper side la of the susceptor plate 1 and the lower side of the substrate 4 is defined by the thickness or height of the spacers 2a, 2b, 2c.
  • the spacers 2a, 2b, 2c do not have to rest on the upper side la of the susceptor plate 1, but can also be arranged at a distance above the susceptor plate 1 by other mounting mechanisms, as can be seen schematically in FIG. 5B.
  • the spacers 2 a, 2 b, 2 c preferably protrude at least 2 mm from the top side 1 a of the susceptor plate 1.
  • the distance h between the susceptor plate and the substrate is greater than the thickness or height of the spacers 2a, 2b, 2c.
  • the spacers 2a, 2b, 2c can also be placed in corresponding depressions 5a, 5b, 5c in the upper side la Store the susceptor plate 1, which means that the distance h between the susceptor plate and the substrate is smaller than the thickness or height of the spacers 2a, 2b, 2c.
  • the spacers projecting from the top of the susceptor plate are intended to ensure a defined distance h between the susceptor plate and the substrate. If the spacers, as shown in FIG. 5B, do not rest on the upper side 1 a of the susceptor plate 1, the spacers are preferably rod-shaped and rest on a corresponding support frame 6 at their ends. This is sketched schematically in FIGS. 6A-C, where the spacers 2 extend from one edge of the support frame 6 over a rectangular cutout to the opposite edge of the support frame 6. In the rectangular cutout, the spacers 2 run freely floating at a distance from the upper side 1 a of the susceptor plate 1 (cf. FIG. 5B).
  • the invention is directed, according to a third aspect, to a heating system for heating large-area substrates, which has a susceptor plate with an upper side and an underside, several spacers above the susceptor plate and a heating source, which is arranged directly on or in the susceptor plate and is set up to heat the susceptor plate directly.
  • a heating coil 3a runs within the Suzeptorplatte 1. Otherwise, the preferred features discussed in the context of the other figures also apply to this embodiment.
  • the applicant has carried out the method according to the invention with a heating device according to the invention (with components corresponding to those that are described below in the context of the heating test, a CFC plate with dimensions of 200 mm x 200 mm x 1 mm being used as the susceptor plate) and the temporal Determined temperature profiles of the susceptor plate of the heating device and a glass substrate.
  • Figure 10 shows the corresponding result.
  • FIG. 11 shows the heating rates determined from the temperature profiles according to FIG.
  • the susceptor plate is heated very quickly by the heating device according to the invention, in particular during the first 20-30 s, the corresponding heating rate passing through a maximum of greater than 25 K / s.
  • the substrate is heated with a time delay at significantly lower heating rates: the maximum of the substrate heating rate, which is reached much later, is below 5 K / s. Accordingly, very large temperature gradients develop between the susceptor plate and the substrate, which ultimately ensure effective, homogeneous and rapid heating of the substrate.
  • a heating test is described below by means of which it is possible to check whether the maximum heating rate ratios according to the invention can be achieved with a susceptor plate or whether the susceptor plate has the properties according to the invention for electromagnetic waves, in particular IR radiation.
  • the test setup shown schematically in FIG. 7 is used for this.
  • the test set-up contains four regularly arranged short-wave IR emitters (300-460 mm long), with one or two filaments and each with a total power of 1.5-3 kW.
  • the round tube emitters are provided with a reflective coating made of gold, aluminum oxide or QRC TM (quartz reflective coating), where R> 50%.
  • the IR emitters are identified by the reference number 3 in FIG. 7.
  • the distance between the IR radiators 3 should be 50-55 mm.
  • the susceptor plate 1 to be tested is mounted on two symmetrically placed tubes 7 in such a way that the distance between the susceptor plate 1 and the IR radiators 3 is also 50-55 mm. Ceramic tubes made of aluminum oxide 10x1 or quartz tubes 10x1 (300 - 500 mm long) can be used for this. The tubes 7 run perpendicular to the IR radiators 3 and are spaced 90-100 mm apart. If the susceptor plate to be tested is larger than 200 mm x 200 mm (+ 20 / -5), the plate is cut to this dimension and a plate section measuring 200 mm x 200 mm (+ 20 / -5) is measured.
  • thermocouple TC1 is attached as centrally as possible to the top of the susceptor plate 1 using a high-temperature adhesive such as silver lacquer (see Fig. 8).
  • a glass substrate made of clear float glass with a softening temperature of 510-600 ° C and an area of 100 (+ 10 / -5) mm x 100 (+ 10 / - 5) mm and a thickness of 2 (+ / -0.2) mm.
  • the reference substrate 4 is placed in relation to the susceptor plate 1 as centrally as possible on four spacers 2, which are placed at the four corners of the reference substrate 4 (see. Fig. 7)
  • the spacers 2 are made of ceramic with a height of 2-3 mm and a diameter of 8-10 mm.
  • thermocouple TC2 is attached as centrally as possible to the top of the reference substrate using a high-temperature adhesive such as silver lacquer (see Fig. 9).
  • a sheathed thermocouple type K with sheath material 1.4541 or 2.4816 and a sheath diameter of 0.5 (+/- 0.2) mm can be used.
  • the heating test is carried out in a closed room under a nitrogen atmosphere at 1,000 (+/- 100) hPa, an oxygen partial pressure of a maximum of 10 ppm and a water dew point of a maximum of -40 ° C.
  • the test is started at room temperature, i.e. 23 (+/- 3) ° C.
  • the four IR emitters are switched on simultaneously with a power of 1.5 kW each (corresponding to a total radiant power of 6 kW) and the susceptor plate is heated with constant radiant power until the temperature on the reference substrate is greater than this by means of the thermocouple TC2 or equal to 600 ° C is measured. The IR emitters are then switched off.
  • the maximum heating rate of the susceptor plate during the first 20s of heating is understood to mean the maximum of the 20 values thus determined for the susceptor plate.
  • the maximum heating rate of the reference substrate during the first 20s of heating is understood to mean the maximum of the 20 values thus determined for the reference substrate.
  • the maximum temperature difference between the susceptor plate and the reference substrate during the first 90s of heating is understood to mean the maximum difference between the differences determined at the 90 times between the temperatures determined for the susceptor plate and the reference substrate.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Heizsystem sowie ein Verfahren zum Aufheizen von großflächigen Substraten.

Description

Heizsystem und Verfahren zum Aufheizen von großflächigen Substraten
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Heizsystem sowie ein Verfahren zum Aufheizen von großflächigen Substraten.
Für diverse Prozesse beispielsweise in der Dünnschichtphotovoltaik ist es erforderlich, großflächige Substrate mit Ausmaßen von beispielsweise 1,5 m x 2 m auf Temperaturen von beispielsweise 700°C aufzuheizen. Durch die erhöhte Temperatur kann dabei die Stabilität des Substrats gemindert werden; insbesondere bei der Verwendung von Glas tritt dies bei Überschreitung des Glaserweichungspunktes auf. Somit ist es nötig, dass das Substrat während des Aufheizprozesses ganzflächig oder partiell durch eine Trägerplatte unterstützt wird. Im einfachsten Falle wird hierfür in der Regel das Substrat auf eine direkt oder indirekt beheizte Heizplatte aufgelegt. Dabei kann es jedoch beispielsweise wegen leichter Unebenheiten des Substrates zu einem lokal unterschiedlichen Kontakt des Substrates mit der Heizplatte kommen, was den Aufheizprozess beeinflusst und zu beträchtlichen Temperaturinhomogenitäten im Substrat führt. Diese lokalen Temperaturunterschiede können sich nachteilig auf den Prozess auswirken oder durch Temperaturspannungen zur Zerstörung des Substrates fuhren. Diese Probleme treten insbesondere dann vermehrt auf, wenn Substrate mit schlechter Wärmeleitung (zum Beispiel Glas) sehr rasch aufgeheizt werden, beispielsweise mit Raten von 5 K/s.
Um diesem Problem Rechnung zu tragen, schlägt die DE 19936081 Al das Aufheizen durch einen sogenannten Transparenzkörper vor, der eine bestimmte Transmission und eine bestimmte Absorption für die relevante elektromagnetische Strahlung aufweist. Dadurch soll das Substrat teilweise direkt durch elektromagnetische Strahlung, die durch den Transparenzkörper hindurchtritt, und teilweise indirekt mittels Wärmeleitung durch Kontakt mit dem Transparenzkörper, der sich mittels Absorption aufheizt, erhitzt werden. Der Transparenzkörper kann dabei einen Abstandshalter aufweisen, an dem das Substrat anliegt. Diese Art der Aufheizung ist jedoch insofern nachteilig, als sie sich unter anderem schwer präzise kontrollieren lässt. Eine vollständige Temperaturgleichheit zwischen dem aufzuheizenden Substrat und dem transparenten Trägerkörper kann aber nur bei Einhaltungen enger Toleranzen erreicht werden. So wird dieses Gleichgewicht bereits durch eine Änderung der Dickenverhältnisse oder des Absorptionsvermögens des Substrates gestört. Eine solche Änderung des Absorptionsvermögens erfolgt beispielsweise durch das Aufbringen von reflektierenden oder stark absorbierenden Schichten auf das Substrat. Daher besteht ein Bedarf an Heizsystemen für großflächige Substrate, die auch höhere Temperaturunterschiede zwischen dem Träger und dem Substrat zulassen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Heizsystem bzw. ein verbessertes Verfahren zur Aufheizung von großflächigen Substraten bereitzustellen, welche die Nachteile des Stands der Technik überwinden.
Diese Aufgabe wird mit einem Heizsystem gemäß den Ansprüchen 1, 2 und 6 bzw. mit einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 26 und 27 gelöst.
Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung gemäß einem ersten Aspekt ein Heizsystem zur Aufheizung von großflächigen Substraten bereit. Das Heizsystem weist eine Suszeptorplatte mit einer Oberseite und einer Unterseite auf, wobei die Suszeptorplatte für Infrarotstrahlung intransparent ist. Ferner weist das Heizsystem mehrere Abstandshalter oberhalb der Suszeptorplatte auf, die aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit bestehen. Schließlich weist das Heizsystem eine Infirarotstrahlungsquelle auf, die dazu angeordnet und eingerichtet ist, die Unterseite der Suszeptorplatte mittels Infrarotstrahlung aufzuheizen.
Die Erfindung beruht unter anderem darauf, dass die Suszeptorplatte indirekt mittels Infrarotstrahlung aus der Infrarotstrahlungsquelle aufgeheizt wird und die absorbierte Energie dann mittels Wärmestrahlung und/oder Wärmeleitung an das aufzuheizende Substrat abgibt, wobei aufgrund der Abstandshalter eine homogene Aufheizung erzielt werden kann, da es nicht zu dem eingangs beschriebenen Problem kommen kann, dass wegen leichter Unebenheiten des Substrates ein lokal unterschiedlicher Kontakt des Substrates mit der Heizplatte entsteht, was den Aufheizprozess beeinflusst und zu beträchtlichen Temperaturinhomogenitäten im Substrat führt. Da die Suszeptorplatte für Infrarotstrahlung intransparent ist, kann keine direkte Aufheizung des Substrates durch die Infrarotstrahlungsquelle erfolgen. Die gute Wärmeleitfähigkeit, insbesondere in lateraler Richtung, der Suszeptorplatte verbessert dabei die Homogenität der von der Suszeptorplatte emittierten Strahlung, so dass ggf. kleine Inhomogenitäten der Infrarotstrahlungsquelle kompensiert werden können. Die Aufheizung des Substrats durch die erhitzte Suszeptorplatte mittels Wärmestrahlung und/oder Wärmeleitung lässt sich daher sehr präzise kontrollieren.
Mit großflächigen Substraten sind im Kontext der vorliegenden Erfindung Substrate einer Fläche von mindestens 0,7 m2, bevorzugt mindestens 1 m2, stärker bevorzugt mindestens 2 m2 und besonders bevorzugt mindestens 3 m2 gemeint. Als Substrate kommen beispielsweise beschichtete oder nicht beschichtete Glasscheiben, beschichtete oder nicht beschichtete Siliziumwafer mit oder ohne elektronischen Bauelementen in Frage. Grundsätzlich ist die Erfindung aber für beliebige Substrate geeignet.
Gemäß einem zweiten Aspekt richtet sich die vorliegende Erfindung auf ein Heizsystem zur Aufheizung von großflächigen Substraten. Das Heizsystem weist eine Suszeptorplatte mit einer Oberseite und einer Unterseite sowie mehrere Abstandshalter oberhalb der Suszeptorplatte auf, die aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit bestehen. Ferner weist das Heizsystem eine Infrarotstrahlungsquelle auf, die dazu angeordnet und eingerichtet ist, die Unterseite der Suszeptorplatte mittels Infrarotstrahlung aufzuheizen. Dabei soll die Suszeptorplatte aus einem solchen Material gebildet und derart dimensioniert sein, dass die Suszeptorplatte im Rahmen des weiter unten definierten Aufheiztests unter Verwendung des weiter unten definierten Referenzsubstrats derart aufgeheizt wird, dass die maximale Aufheizrate der Suszeptorplatte während der ersten 20 s des Aufheizens um mindestens den Faktor 4 größer ist als die maximale Aufheizrate des Referenzsubstrats während der ersten 20 s des Aufheizens. Dieser große Temperaturgradient reflektiert eine sehr rasche Aufheizung der Suszeptorplatte, die wiederum ihrerseits zeitversetzt das Substrat mittels Wärmestrahlung und ggf. Wärmeleitung durch das zwischen Suszeptorplatte und Substrat befindliche wärmeleitende Gas (bevorzugt bei Atmosphärendruck) erhitzt.
Wenn sich zwischen der Oberseite der Suszeptorplatte und dem aufzuheizendem Substrat kein Vakuum befindet, basiert die Aufheizung des Substrats in der Regel auf einer Kombination aus Wärmestrahlung, direkter Wärmeleitung an Kontaktstellen zwischen Suszeptorplatte und Substrat und einer Wärmeleitung durch das zwischen Suszeptorplatte und Substrat befindliche Fluid. Letztere ist bei kleinen Abständen relativ stark vom Abstand abhängig, sodass diese Komponente unter Umständen wieder zu Inhomogenitäten bei der Aufheizung fuhrt. Es ist daher bevorzugt, den Abstand zwischen Suszeptorplatte und Substrat so zu wählen, dass die Wärmeleitung sehr klein wird und auch nur noch sehr schwach vom Abstand abhängt. Es ist daher bevorzugt, dass dieser Abstand mindestens 1 mm und besonders bevorzugt mindestens 2 mm beträgt bzw. dass die Abstandshalter mindestens 2 mm von der Oberseite der Suszeptorplatte vorstehen. Stärker bevorzugt beträgt dieser Abstand mindestens 2,5 mm und besonders bevorzugt mindestens 3 mm.
Im Rahmen von detaillierten Simulationen und Experimenten hat sich herausgestellt, dass der Einfluss des Spaltmaßes zwischen der Suszeptorplatte und dem Substrat auf den Aufheizprozess ab einem Mindestabstand von rund 2 mm vemachlässigbar ist. Mit anderen Worten spielen ab einem Mindestabstand von rund 2 mm aufgrund von bspw. Substratunebenheiten verursachte Abstandsvariationen keine Rolle mehr, so dass bei entsprechend dimensionierten Abstandshaltem eine sehr homogene Aufheizung erzielt werden kann.
Um die mögliche Störung des Heizprozesses durch die Abstandshalter gering zu halten, sollte ihre Geometrie möglichst klein gehalten werden, so dass es andererseits bevorzugt ist, dass die Abstandshalter höchstens 10 mm, stärker bevorzugt höchstens 8 mm und besonders bevorzugt höchstens 5 mm von der Oberseite der Suszeptorplatte vorstehen.
Die Abstandshalter können dabei direkt auf der Oberseite der Suszeptorplatte angeordnet sein oder mit dieser verbunden sein. Alternativ können die Abstandshalter auch beabstandet von der Oberseite der Suszeptorplatte oberhalb der Suszeptorplatte angeordnet sein. Beispielsweise können die Abstandhalter von entsprechenden, oberhalb der Suszeptorplatte verlaufenden Trägerleisten oder einem Gitter gehalten werden. Die oberhalb der Suszeptorplatte angeordneten Abstandshalter befinden sich jedoch bevorzugt ausschließlich oberhalb oder auf der Oberseite der Suszeptorplatte und erstrecken sich bevorzugt nicht in die Suszeptorplatte hinein und insbesondere nicht durch diese hindurch. Vielmehr handelt es sich bei den Abstandshaltem um Strukturen, die sich bevorzugt ausschließlich zwischen der Oberseite der Suszeptorplatte und der Unterseite des Substrats erstrecken.
Im Hinblick auf die von der vorliegenden Erfindung angestrebten Ziele ist es ferner bevorzugt, dass es sich bei den Abstandshaltem um statische Strukturen handelt, die permanent oberhalb der Suszeptorplatte vorhanden sind. Insbesondere sollen die Abstandshalter während der Substratbearbeitung und insbesondere während des Aufheizprozesses oberhalb der Suszeptorplatte vorliegen und die Substrate während des Aufheizprozesses auf den Abstandshaltem gelagert werden.
Weiter ist es für einen raschen Aufheizprozess des Substrates bevorzugt, dass die Temperatur der Suszeptorplatte während des Aufheizprozesses deutlich höher ist als diejenige des Substrates. Demnach ist die Suszeptorplatte bevorzugt aus einem solchen Material gebildet und derart dimensioniert, dass die Suszeptorplatte im Rahmen des weiter unten definierten Aufheiztests unter Verwendung des weiter unten definierten Referenzsubstrats derart aufgeheizt wird, dass der maximale Temperaturunterschied zwischen der Suszeptorplatte und dem Referenzsubstrat während der ersten 90 s des Aufheizens mindestens 100 K, bevorzugt mindestens 200 K, stärker bevorzugt mindestens 300 K, noch stärker bevorzugt mindestens 400 K und besonders bevorzugt mindestens 500 K beträgt. Auch diese hohen anfänglichen Temperaturdifferenzen reflektieren die sehr rasche Aufheizung der Suszeptorplatte und die damit verbundene hohe Strahlungsleistung der Suszeptorplatte auf das Substrat.
Unter Infrarotstrahlung wird im Kontext der vorliegenden Erfindung der Wellenlängenbereich zwischen 0,5 pm und 10,0 pm verstanden. Demnach weist die Suszeptorplatte bevorzugt für elektromagnetische Strahlung in dem gesamten Wellenlängenbereich zwischen 0,5 pm und 10,0 pm eine Transmission von kleiner als 10%, stärker bevorzugt von kleiner als 5%, noch stärker bevorzugt von kleiner als 3% und besonders bevorzugt von kleiner als 1% auf. Dabei kann es ausreichen, wenn diese Transmissionswerte gemittelt über den gesamten Wellenlängenbereich zwischen 0,5 pm und 10,0 pm erzielt werden, da es letztlich nur auf die kumulative Aufheizleistung ankommt. Es ist jedoch bevorzugt, dass diese Transmissionswerte tatsächlich über den gesamten Wellenlängenbereich zwischen 0,5 pm und 10,0 pm für jede einzelne Wellenlänge erzielt werden. Wenn die Infrarotstrahlungsquelle lediglich Infrarotstrahlung eines bestimmten Wellenlängenbandes (oder mehrerer Bänder) emittiert, so ist es ausreichend, dass die Suszeptorplatte die genannten Transmissionswerte für Infrarotstrahlung innerhalb dieses Wellenlängenbandes (bzw. dieser Bänder) aufweist, da eine erhöhte Transmission für Strahlung, die nicht emittiert wird, unschädlich ist.
Der hohe Absorptionsgrad der Suszeptorplatte bewirkt eine zunächst ausschließliche Aufheizung der Suszeptorplatte und danach eine solche des Substrates durch die stark ansteigende Temperatur der Suszeptorplatte. Der hohe Absorptionsgrad der Suszeptorplatte und die indirekte Aufheizung des Substrates werden hierbei durch die Messung der Aufheiztemperaturen der Suszeptorplatte und des Substrates definiert. Hierbei ist es auch vorteilhaft, dass die Suszeptorplatte eine geringe Dicke und Wärmekapazität aufweist, um einen raschen Aufheizprozess zu erreichen.
Es ist ferner bevorzugt, dass die Suszeptorplatte für elektromagnetische Strahlung in dem gesamten Wellenlängenbereich zwischen 0,5 pm und 10,0 pm einen Absorptionsgrad von mindestens 45%, stärker bevorzugt von mindestens 50% und besonders bevorzugt von mindestens 55% aufweist. Auch hier kann eine entsprechende Absorption im Mittel genügen. Es ist jedoch bevorzugt, dass diese Absorptionsgrade für alle Wellenlängen erreicht werden. Durch entsprechende Maßnahmen wie beispielsweise eine Strukturierung der Oberfläche bzw. eine höhere Oberflächenrauigkeit oder durch eine Beschichtung beispielsweise mit Grafit kann die Absorption der Suszeptorplatte weiter erhöht werden. Dann sind auch Absorptionsgrade von mindestens 65%, stärker bevorzugt von mindestens 75% und besonders bevorzugt von mindestens 85% möglich.
Es ist ferner bevorzugt, dass die Suszeptorplatte für elektromagnetische Strahlung in dem gesamten Wellenlängenbereich zwischen 0,5 pm und 10,0 pm einen Emissionsgrad von mindestens 45%, stärker bevorzugt von mindestens 50% und besonders bevorzugt von mindestens 55% aufweist. Auch hier kann eine entsprechende Emission im Mittel genügen. Es ist jedoch bevorzugt, dass diese Emissionsgrade für alle Wellenlängen erreicht werden. Durch entsprechende Maßnahmen wie beispielsweise eine Strukturierung der Oberfläche bzw. eine höhere Oberflächenrauigkeit oder durch eine Beschichtung beispielsweise mit Grafit kann die Emission der Suszeptorplatte weiter erhöht werden. Dann sind auch Emissionsgrade von mindestens 65%, stärker bevorzugt von mindestens 75% und besonders bevorzugt von mindestens 85% möglich.
Die oben genannten Werte für Transmission, Absorption und Emission können allgemein für die Suszeptorplatte gelten. Im Hinblick auf die Funktionalität der Suszeptorplatte ist es jedoch insbesondere erwünscht, dass die Absorptionsgrade für die Unterseite und die Emissionsgrade für die Oberseite der Suszeptorplatte realisiert werden. Die genannten Transmissionswerte sollten insbesondere für ein von unten nach oben gerichtete Transmission gelten. (Analog gilt dies natürlich vice versa für die optionale Suszeptorplatte oberhalb des Substrats, vgl. u.) Gemäß einem driten Aspekt richtet sich die vorliegende Erfindung auf ein Heizsystem zur Aufheizung von großflächigen Substraten, welches eine Suszeptorplate mit einer Oberseite und einer Unterseite, mehrere Abstandshalter oberhalb der Suszeptorplate und eine Heizquelle aufweist, die direkt an oder in der Suszeptorplate angeordnet und dazu eingerichtet ist, die Suszeptorplate direkt aufzuheizen. Die mehreren Abstandshalter bestehen bevorzugt aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit, wobei die Abstandshalter mindestens 1 mm, bevorzugt mindestens 2 mm und besonders bevorzugt mindestens 3 mm von der Oberseite der Suszeptorplate vorstehen.
Da bei diesem Erfindungsaspekt das Aufheizen der Suszeptorplate nicht mitels Infrarotstrahlung erfolgt, ist es für diesen Aspekt nicht erforderlich, dass die Suszeptorplatte für Infrarotstrahlung intransparent ist. Bevorzugt sollte aber kein Abbild der Heizquellengeometrie in der Tempertaturverteilung des Substrates erzeugt werden. Bei der Heizquelle kann es sich beispielsweise um eine in die Suszeptorplate integrierte Widerstandsheizung handeln. Die Widerstandsheizung ist dabei bevorzugt so ausgelegt, dass die Oberfläche der Suszeptorplate eine homogene Temperaturverteilung aufweist, wobei auch die Wärmeleitung innerhalb der Suszeptorplate die homogene Temperaturverteilung verbessert.
Auch die Suszeptorplatte dieses driten Erfindungsaspekts besteht bevorzugt aus einem Material, dass den oben für die anderen Erfindungsaspekte definierten Aufheiztests entspricht.
Die nachfolgend beschriebenen bevorzugten Merkmale sind dabei für alle drei oben beschriebenen Aspekte der vorliegenden Erfindung relevant.
Die Wärmeleitfähigkeit der Abstandshalter im gesamten Temperaturbereich zwischen 20°C und 1.000°C ist bevorzugt kleiner als 15 W/m/K, stärker bevorzugt kleiner als 12 W/m/K, stärker bevorzugt kleiner als 6,0 W/m/K, noch stärker bevorzugt kleiner als 4,5 W/m/K und besonders bevorzugt kleiner als 3,0 W/m/K. Da die für die Abstandshalter verwendeten Materialien auch anisotrop sein können, ist es insbesondere bevorzugt, dass die Wärmeleitfähigkeit der Abstandshalter in Richtung senkrecht zur Substratebene im gesamten Temperaturbereich zwischen 20°C und 1.000° ist, bevorzugt kleiner als 15 W/m/K, stärker bevorzugt kleiner als 12 W/m/K, stärker bevorzugt kleiner als 6,0 W/m/K, noch stärker bevorzugt kleiner als 4,5 W/m/K und besonders bevorzugt kleiner als 3,0 W/m/K. Die Wärmeleitfähigkeit der Abstandshalter lässt sich mit üblichen Verfahren wie z.B. dem Laser- Flash-Verfahren, der Transient-Hot-Bridge-Methode oder mittels Heat Flow Meter (bspw. unter Verwendung des l-Meter EP500e der Lambda-Meßtechnik GmbH Dresden) bestimmen. Ein besonders bevorzugtes Messverfahren im Kontext der vorliegenden Erfindung ist das Nadelsonden-Verfahren nach ASTM D5334-08.
Es ist daher bevorzugt, dass die Abstandshalter beispielsweise aus Quarz, Glas oder Glaskeramik bestehen. Auch CFC oder andere kohlenstoffhaltige Materialien eignen sich als Materialien für die Abstandshalter.
Bei diesen Abstandshaltem kann es sich um Rohre, Stäbe, pyramidenförmige Strukturen oder dergleichen handeln. Wie nachfolgend noch im Detail ausgefuhrt wird, können sich dabei Rohre oder Stäbe entlang der Quer- und/oder Längsrichtung des Substrats erstrecken und ein Auflagerost oder -gitter bilden. Alternativ können aber auch isolierte, lokale Abstandshalter vorgesehen sein, um die Auflagefläche weiter zu minimieren, bspw. kugel-, Pyramiden- oder kegelförmige Strukturen, die das Substrat in einem Raster stützen.
Bevorzugt sollten die Abstandshalter so geformt sein, dass die Auflagefläche bzw. die Kontaktfläche zwischen Substrat und Abstandshalter minimiert wird. Bevorzugt beträgt die gesamte (aufsummierte) Kontaktfläche zwischen Substrat und allen Abstandshaltem maximal 5%, stärker bevorzugt maximal 1%, besonders bevorzugt maximal 0,1% der Substratoberfläche. Je dicker das Substrat ist, desto besser können Temperaturinhomogenitäten innerhalb des Substrats durch eine laterale Wärmeleitung im Substrat kompensiert werden. Bei besonders dünnen Substraten ist daher eine besonders kleine Auflagefläche von Vorteil. Es ist daher bevorzugt, dass die Breite der Kontaktlinie von sich kontinuierlich entlang der Quer- und/oder Längsrichtung des Substrats erstreckenden Abstandshaltem kleiner als 50%, bevorzugt kleiner als 20% und besonders bevorzugt kleiner als 10% der Substratdicke ist. Im Falle von isolierten Abstandshaltem ist es bevorzugt, dass der Durchmesser bzw. die maximale Dimension der Auflagefläche eines Abstandshalters kleiner als 50%, bevorzugt kleiner als 20% und besonders bevorzugt kleiner als 10% der Substratdicke ist.
Eine Minimierung der Kontaktfläche wird bspw. auch erreicht durch ein hohes Elastizitätsmodul, also eine geringe elastische Verformung, und/oder eine geringe Oberflächenrauheit der Kontaktkörper. So beträgt der E-Modul des Abstandshaltermaterials bevorzugt mindestens 50 GPa, stärker bevorzugt mindestens 60 GPa, noch stärker bevorzugt mindestens 70 GPa. Die Oberflächenrauheit der Abstandshalter beträgt bevorzugt maximal 0,05 mih, stärker bevorzugt maximal 0,03 pm und noch stärker bevorzugt maximal 0,02 pm. Dies minimiert den Eintrag durch Wärmeleitung und dadurch verursachte Temperaturgradienten weiter.
Um die Störung des Energieübertrags von der Suszeptorplatte auf das Substrat mittels Wärmestrahlung zu minimieren, ist es von Vorteil, wenn die Abstandshalter möglichst wenig Fläche des Substrats abschatten. Es ist daher bevorzugt, dass die gesamte Projektionsfläche aller Abstandshalter (projiziert senkrecht zur Substratoberfläche) maximal 10%, bevorzugt maximal 6%, besonders bevorzugt maximal 3% der Substratoberfläche beträgt.
Es ist ferner bevorzugt, eine Vielzahl von Abstandshaltem vorzusehen, um das Substrat möglichst gleichmäßig zu stützen. Dies ist insbesondere bei Glassubstraten und einer Aufheizung jenseits des Erweichungspunktes von Relevanz. Um eine hierdurch verursachte Durchbiegung des erhitzen Substrates soweit wie möglich zu verhindern, ist es bevorzugt, dass die maximale nicht gestützte Distanz zwischen zwei Abstandshaltem kleiner als 10 cm, stärker bevorzugt kleiner als 5 cm und besonders bevorzugt kleiner als 3 cm ist. So hat sich in entsprechenden Simulationen für parallel verlaufende Abstandshalter ergeben, dass bei einer Lagerung einer Glasplatte einer Dicke von 2 mm auf Abstandshaltem im Abstand von 5 cm für eine Zeit von 5 min ein maximale Durchbiegung von 0,2 mm ergibt, was als tolerabel angesehen wird. Analoge Rechnungen wurden für diskrete Auflagepunkte in einem regelmäßigen quadratischen Muster durchgeführt. Hier führte eine Diagonale des quadratischen Musters (d.h. wiederum die nicht gestützte Distanz) von maximal 5 cm zu guten Ergebnissen.
Die Dicke der Suszeptorplatte ist bevorzugt kleiner als 5 mm, stärker bevorzugt kleiner als 3 mm und besonders bevorzugt kleiner als 2 mm. Beispielsweise können Platten aus faserverstärkten Kohlenstoffen (sogenannte CFC-Werkstoffe) zum Einsatz kommen.
Die Oberseite der Suszeptorplatte weist dabei bevorzugt eine Fläche von mindestens 0,7 m2, stärker bevorzugt von mindestens 1 m2, stärker bevorzugt von mindestens 2 m2 und besonders bevorzugt von mindestens 3 m2 auf. Zusätzlich zur Infrarotstrahlungsquelle bzw. der Heizquelle kann eine (weitere) Infrarotstrahlungsquelle vorgesehen sein, die dazu angeordnet und eingerichtet ist, die Oberseite der Suszeptorplatte bzw. das Substrat mittels Infrarotstrahlung aufzuheizen. Besonders bevorzugt erfolgt auch von dieser Seite die Aufheizung indirekt mittels einer Suszeptorplatte. Es ist daher ferner bevorzugt, dass eine weitere Suszeptorplatte mit einer Oberseite und einer Unterseite vorgesehen ist, wobei die Suszeptorplatte für Infrarotstrahlung intransparent ist. Ferner ist bevorzugt eine (weitere) Infrarotstrahlungsquelle vorgesehen, die dazu angeordnet und eingerichtet ist, die Oberseite der weiteren Suszeptorplatte mittels Infrarotstrahlung aufzuheizen. Auch für die obere Suszeptorplatte gelten bevorzugt die oben im Hinblick auf die untere Suszeptorplatte beschriebenen Eigenschaften, insbesondere auch im Hinblick auf die optischen Parameter und das Aufheizverhalten.
Um eine möglichst homogene Aufheizung des Substrates zu gewährleisten, ist es bevorzugt, dass die (obere und/oder untere) Suszeptorplatte im gesamten Temperaturbereich zwischen 20°C und 1.000°C eine laterale Wärmeleitfähigkeit innerhalb der Suszeptorplattenebene von mindestens 10 W/m/K, stärker bevorzugt von mindestens 30 W/m/K und besonders bevorzugt von mindestens 50 W/m/K aufweist.
Die vorliegende Erfindung richtet sich ferner auf ein Verfahren zum Aufheizen eines großflächigen Substrats unter Verwendung des oben beschriebenen Heizsystems (aller drei Aspekte). Das Verfahren weist das Einbringen eines großflächigen Substrats in das Heizsystem derart auf, dass das Substrat auf den Abstandshaltem gelagert wird. Ferner weist das Verfahren das Aufheizen der Suszeptorplatte auf, wodurch dann das auf den Abstandshaltem gelagerte Substrat in erster Linie mittels Wärmestrahlung aufgeheizt wird.
Ferner richtet sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Aufheizen eines großflächigen Substrats mit den folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines Heizsystems aufweisend eine Suszeptorplatte mit einer Oberseite und einer Unterseite, mehrere Abstandshalter oberhalb der Suszeptorplatte, die aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit bestehen, und eine
Infrarotstrahlungsquelle, die dazu angeordnet und eingerichtet ist, die Unterseite der Suszeptorplatte mittels Infrarotstrahlung aufzuheizen; - Einbringen eines großflächigen Substrats in das Heizsystem derart, dass das Substrat auf den Abstandshaltem gelagert wird; und
- Aufheizen der Suszeptorplatte, bevorzugt während das Substrat auf den Abstandshaltem ruhend gelagert ist.
Dabei wird die Suszeptorplatte unter Verwendung der Infrarotstrahlungsquelle bevorzugt derart aufgeheizt, dass die maximale Aufheizrate der Suszeptorplatte während der ersten 20 s des Aufheizens um mindestens den Faktor 4, bevorzugt um mindestens den Faktor 6, stärker bevorzugt um mindestens den Faktor 10, größer ist als die maximale Aufheizrate des Substrats während der ersten 20 s des Aufheizens. Bevorzugt beträgt dabei der maximale Temperaturunterschied zwischen der Suszeptorplatte und dem Substrat während der ersten 90 s des Aufheizens mindestens 100 K, bevorzugt mindestens 200 K, stärker bevorzugt mindestens 300 K, noch stärker bevorzugt mindestens 400 K und besonders bevorzugt mindestens 500 K.
Das Substrat weist bevorzugt eine Fläche von mindestens 0,7 m2, stärker bevorzugt mindestens 1 m2, noch stärker bevorzugt mindestens 2 m2 und besonders bevorzugt mindestens 3 m2 auf.
Die Suszeptorplatte wird bevorzugt auf eine Temperatur von mindestens 600°C, stärker bevorzugt von mindestens 800°C und besonders bevorzugt von mindestens 1000°C aufgeheizt.
Das Substrat wird durch die erhitzte Suszeptorplatte in erster Linie mittels Wärmestrahlung vollflächig aufgeheizt, wobei das Aufheizen des Substrats mit einer Rate von mindestens 2 K/s, stärker bevorzugt von mindestens 3 K/s und besonders bevorzugt von mindestens 4 K/s erfolgt. Ferner ist die Aufheizrate bevorzugt kleiner als 18 K/s, stärker bevorzugt kleiner als 15 K/s und besonders bevorzugt kleiner als 10 K/s. Insbesondere ist erfindungsgemäß eine hohe anfängliche Aufheizrate der Suszeptorplatte von Vorteil, um rasch einen hohen Energieübertrag von der Suszeptorplatte auf das Substrat zu gewährleisten. Es ist daher bevorzugt, dass die Suszeptorplatte während der ersten 20 s des Aufheizens auf eine Temperatur von mindestens 300 °C, bevorzugt von mindestens 400 °C und besonders bevorzugt von mindestens 500 °C aufgeheizt wird. Bevorzugt wird das Substrat bis zu einer Temperatur von höchstens 700°C, stärker bevorzugt von höchstens 650°C und besonders bevorzugt von höchstens 600°C aufgeheizt. Bevorzugt wird das Substrat bis zu einer Temperatur von mindestens 300°C, stärker bevorzugt von mindestens 400°C und besonders bevorzugt von mindestens 500°C aufgeheizt.
Der Aufheizprozess erfolgt bevorzugt in Anwesenheit eines Prozessgases. Das Gas kann ein Inertgas, z.B. Stickstoff oder Argon, ein Reaktivgas oder eine Mischung eines Inertgases und eines Reaktivgases sein. Hierbei herrscht zwischen der Suszeptorplatte und dem Substrat bevorzugt ein Gasdruck von mindestens 20 mbar, stärker bevorzugt von mindestens 100 mbar, noch stärker bevorzugt von mindestens 200 mbar und besonders bevorzugt Atmosphärendruck.
Der Abstand zwischen der Oberseite der Suszeptorplatte und der Unterseite des Substrats beträgt bevorzugt mindestens 1 mm, stärker bevorzugt mindestens 2 mm und besonders bevorzugt mindestens 3 mm. Ferner beträgt der Abstand zwischen der Oberseite der Suszeptorplatte und der Unterseite des Substrats bevorzugt höchstens 10 mm, stärker bevorzugt höchstens 8 mm und besonders bevorzugt höchstens 5 mm.
Der Mindestabstand von 2 mm fuhrt, wie bereits ausgefuhrt, zu einer besonders homogenen Aufheizung innerhalb des Substrats. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, dass das Substrat während des gesamten Aufheizvorgangs derart homogen aufgeheizt wird, dass die in der Substratoberfläche im Bereich eines Abstandshalters auftretende Temperaturdifferenz während des gesamten Aufheizvorganges höchstens 75 K, bevorzugt höchstens 50 K und besonders bevorzugt höchstens 25 K beträgt. Dies lässt sich bspw. mit einer Infrarotkamera messen. So lässt sich bspw. mit Hilfe einer Infrarotkamera eine Fläche von 50 mm x 50 mm auswerten, die möglichst symmetrisch mindestens eine Auflagefläche auf mindestens einem Abstandshalter aufweist. Von allen innerhalb dieser Fläche bestimmten Temperaturen wird zu jedem Messzeitpunkt die Maximaldifferenz bestimmt. Bevorzugt soll diese für alle Messzeitpunkte höchsten 75 K, stärker bevorzugt höchstens 50 K und besonders bevorzugt höchstens 25 K betragen. Bei entsprechenden Simulationen hat sich herausgestellt, dass diskrete Abstandshalter mit möglichst punktförmigen Auflageflächen diesbezüglich einen deutlichen Vorteil aufweisen. Dies liegt unter anderem daran, dass die Abschattung nur punktförmig ist und eine von einem diskreten Abstandshalter hervorgerufene lokale Inhomogenität der Temperaturverteilung von allen Seiten durch Wärmeleitung innerhalb des Substrats kompensiert werden kann, wohingegen eine linienformige Störung nur durch Wärmeleitung quer zur Linie ausgeglichen werden kann.
Bevorzugt beträgt die gesamte Kontaktfläche zwischen Substrat und allen Abstandshaltem maximal 5%, bevorzugt maximal 1%, besonders bevorzugt maximal 0,1% der Substratoberfläche. Wie bereits oben ausgefuhrt wurde, ist es bevorzugt, dass die Breite der Kontaktlinie von sich kontinuierlich entlang der Quer- und/oder Längsrichtung des Substrats erstreckenden Abstandshaltem kleiner als 50%, bevorzugt kleiner als 20% und besonders bevorzugt kleiner als 10% der Substratdicke ist. Im Falle von isolierten Abstandshaltem ist es bevorzugt, dass der Durchmesser bzw. die maximale Dimension der Auflagefläche eines Abstandshalters kleiner als 50%, bevorzugt kleiner als 20% und besonders bevorzugt kleiner als 10% der Substratdicke ist.
Bevorzugt beträgt die gesamte Projektionsfläche aller Abstandshalter maximal 10%, bevorzugt maximal 6%, besonders bevorzugt maximal 3%der Substratoberfläche beträgt.
Bevorzugt beträgt die maximale nicht unterstützte Distanz zwischen den Auflageflächen zweier Abstandshalter maximal 10 cm, bevorzugt maximal 5 cm, besonders bevorzugt maximal 3 cm.
Auch im Rahmen der erfindungsgemäßen Verfahren kann das Heizsystem ferner eine weitere Suszeptorplatte mit einer Oberseite und einer Unterseite und eine weitere Infrarotstrahlungsquelle aufweisen, die dazu angeordnet und eingerichtet ist, die Oberseite der weiteren Suszeptorplatte mittels Infrarotstrahlung aufzuheizen. Dabei wird das großflächige Substrat derart in das Heizsystem eingebracht, dass das Substrat zwischen den beiden Suszeptorplatten auf den Abstandshaltem gelagert wird. Der Abstand zwischen der Unterseite der weiteren Suszeptorplatte und der Oberseite des Substrats beträgt ebenfalls bevorzugt mindestens 1 mm, stärker bevorzugt mindestens 2 mm.
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein vorteilhaftes Heizsystem sowie ein vorteilhaftes Heizverfahren für den Fall, dass ein großflächiges Substrat (bspw. eine großflächige Glasscheibe) auf einer Suszeptorplatte aufliegt, die rasch durch z.B. IR-Strahler aufgeheizt wird, wobei eine homogene Temperaturverteilung innerhalb des großflächigen Substrats erzielt wird. Hierbei wirken verschiedene erfindungsgemäße Merkmale synergistisch zusammen. So ermöglichen die Abstandshalter, insbesondere bei einem Abstand von mindestens 2 mm, eine gleichmäßige Energiezufuhr, da Variationen des Spaltmaßes ab diesem Mindestabstand keinen signifikanten Einfluss auf die Wärmeleitung durch das Prozessgas haben. Um bei diesen Abständen hohe Aufheizraten des Substrats zu ermöglichen, wird eine sehr rasche Aufheizung der Suszeptorplatte vorgesehen, die sich in entsprechend großen anfänglichen Temperaturdifferenzen und Aufheizratenverhältnissen zwischen Suszeptorplatte und Substrat niederschlägt. Die Lagerung des Substrats auf den Abstandshaltem wiederum kann bei Erhitzung des Substrats im Bereich der Glasübergangstemperatur und Lagern des erhitzten Substrats über einen längeren Zeitraum dazu fuhren, dass sich das Substrat (bspw. die Glasscheibe) zwischen den Abstandshaltem durchbiegt. Dies kann wirksam vermieden werden, indem in Abhängigkeit von der Temperatur (und der daraus resultierenden Viskosität) und der Lagerzeit ein korrespondierender Maximalabstand zwischen den Abstandshaltem festgelegt wird.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausfuhrungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
■ Figur 1 eine schematische Schnittansicht durch ein Heizsystem gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung; Figur 2 eine schematische Schnittansicht durch ein Heizsystem gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung;
■ Figur 3 eine schematische Schnittansicht durch ein Heizsystem gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung; Figur 4A schematisch die Anordnung von Abstandhaltem gemäß einer ersten bevorzugten Ausfuhrungsform; Figur 4B schematisch die Anordnung von Abstandshaltem gemäß einer zweiten bevorzugten Ausfuhrungsform; Figur 4C schematisch die Anordnung von Abstandhaltem gemäß einer dritten bevorzugten Ausfuhrungsform; Figur 5A schematisch die Anordnung der Anstandshalter gemäß den Figuren 4A-C gemäß einer ersten bevorzugten Ausfuhrungsvariante; Figur 5B schematisch die Anordnung der Anstandshalter gemäß den Figuren 4A-C gemäß einer zweiten bevorzugten Ausfuhrungsvariante; Figur 5C schematisch die Anordnung der Anstandshalter gemäß den Figuren 4A-C gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsvariante; Figur 6A eine schematische Perspektivansicht auf ein Heizsystem gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
■ Figur 6B eine schematische Perspektivansicht auf ein Heizsystem gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung;
■ Figur 6C eine schematische Perspektivansicht auf ein Heizsystem gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung;
■ Figur 6D eine schematische Perspektivansicht auf ein Heizsystem gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung;
■ Figur 6E eine schematische Perspektivansicht auf ein Heizsystem gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung;
■ Figur 6F eine schematische Perspektivansicht auf ein Heizsystem gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung; Figur 7 schematisch eine Messanordnung für den Aufheiztest;
■ Figur 8 schematisch die Platzierung des Thermoelements TC1 für den Aufheiztest;
■ Figur 9 schematisch die Platzierung des Thermoelements TC2 für den Aufheiztest;
■ Figur 10 den zeitlichen Temperaturverlauf einer Suszeptorplatte und eines Substrats in dem erfindungsgemäßen Verfahren; und Figur 11 die aus den Temperaturverläufen gemäß Figur 10 ermittelten Aufheizraten.
Figur 1 zeigt eine schematische Schnittansicht durch ein Heizsystem zur Aufheizung von großflächigen Substraten gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Heizsystem weist eine Suszeptorplatte 1 mit einer Oberseite la und einer Unterseite lb auf, wobei die Suszeptorplatte 1 bevorzugt für Infrarotstrahlung intransparent ist. Mehrere Abstandshalter 2 sind auf der Oberseite la der Suszeptorplatte 1 angeordnet. Auf den Abstandshaltem 2 ist ein großflächiges Substrat 4 gelagert. Die Abstandshalter 2 bestehen bevorzugt aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit, um eine direkte Wärmeleitung von der Suszeptorplatte 1 zum Substrat 4 weitestgehend zu unterbinden.
Unterhalb der Suszeptorplatte 1 ist schematisch eine Infrarotstrahlungsquelle 3 angedeutet, die dazu eingerichtet ist, die Unterseite lb der Suszeptorplatte 1 mittels Infrarotstrahlung aufzuheizen. Bei der Infrarotstrahlungsquelle 3 kann es sich um eine einzige, flächig ausgedehnte Strahlungsquelle oder um eine Anordnung mehrerer Heizstrahler bspw. mehrerer röhrenförmiger IR-Strahler handeln.
In diesem Zusammenhang ist zu betonen, dass die Skizze gemäß Figur 1 nicht maßstabsgerecht ist. Tatsächlich kann das Substrat 4 eine Fläche von mehreren Quadratmetern aufweisen, wohingegen die Querschnittsfläche der einzelnen Abstandshalter 2 in der Regel nur einige wenige Quadratmillimeter beträgt.
In Figur 1 handelt es sich bei den Abstandshaltem 2 um massive Stäbe mit einem runden Querschnitt. Alternativ können die Abstandshalter 2 die Form eines Rohres mit einem innenliegenden Hohlraum aufweisen, wie dies in Figur 2 zu sehen ist. Verschieden Varianten von Querschnitten erfindungsgemäßer Abstandshalter 2a, 2b und 2c sind in den Figuren 4A-C gezeigt. So können anstelle eines Rohres 2a mit einem innenliegenden Hohlraum (vgl. Figur 4A) auch Stäbe mit einem dreieckigen bzw. rechteckigen Querschnittsprofil zum Einsatz kommen (vgl. Figuren 4B und C). Diese Stäbe 2b, 2c können ebenfalls hohl ausgeführt werden (vgl. Fig. 4B) oder aber massiv sein (vgl. Fig. 4C). Alternativ könnte der Abstandshalter 2c (vgl. Figur 4C) auch pyramidenförmig mit einer punktförmigen Auflagefläche und der Abstandhalter 2b (vgl. Figur 4B) zylinderförmig mit einer beispielsweise kreisförmigen Auflagefläche sein.
In der Realität wird man sich in der Regel für einen Typ von Abstandshaltem entscheiden und eine Vielzahl solcher Abstandshalter in einem regelmäßigen Muster mit im Wesentlichen konstanten Abständen anordnen. Beispielhafte Anordnungen sind in den Figuren 6A-C gezeigt. So können stabförmige Abstandshalter 2 bspw. parallel zueinander angeordnet werden (vgl. Figuren 6A und 6B) oder in einem sich kreuzenden Muster (vgl. Figur 6C), so dass jeweils rechteckige oder quadratische Bereiche des Substrats 4 an allen vier Seiten gestützt werden. Der Abstand zwischen benachbarten Abstandshaltem 2 kann dabei variabel sein (vgl. Figuren 6A und 6B) und sollte an die Deformierbarkeit (z.B. die Durchbiegung) des Substrats angepasst werden.
Die Anmelderin hat umfangreiche Experimente zu unterschiedlichen Abstandshaltem durchgefuhrt, bei denen sich herausstellte, dass eine Reihe von Parametern für die Geometrie und die Anordnung der Abstandshalter von Relevanz ist. Wie bereits weiter oben erläutert wurde, sollten die Abstandshalter bevorzugt derart dimensioniert sein, dass das Substrat einen Abstand von mindestens 1 mm, stärker bevorzugt mindestens 2 mm, von der Suszeptorplatte hat, um den Einfluss des Spaltmaßes auf den Energieübertrag zu minimieren. So kann eine homogene Aufhetzung erzielt werden.
Ferner spielt der Abstand zwischen benachbarten Abstandshaltem eine Rolle, wie ebenfalls bereits oben ausgefiihrt wurde. Je höher das Glassubstrat erhitzt wird, desto kleiner wird dessen Viskosität. Im Bereich der Glasübergangstemperatur beginnt das Substratmaterial langsam zu fließen. In Abhängigkeit von der erzielten Maximaltemperatur und der Zeit, die das Substrat bei dieser Temperatur auf den Abstandshaltem gelagert wird, lässt sich bestimmen, welcher Maximalabstand zwischen benachbarten Abstandshaltem noch zu tolerablen Deformationen des Substrats führt. Die Analysen der Anmelderin haben für Anordnungen gemäße den Fig. 6A und 6B diesbezüglich ergeben, dass für in der Praxis übliche Substratmaterialien, Temperaturen und Lagerungszeiten Abstände von maximal 10 cm, bevorzugt maximal 5 cm und besonders bevorzugt maximal 3 cm zu guten Ergebnissen führen. Bei einer gitterförmigen Anordnung der Abstandshalter, wie in Fig. 6C angedeutet, könnten ggf. auch größere Abstände tolerabel sein.
Im Hinblick auf eine möglichst geringe direkte Wärmeleitung durch die Abstandshalter hindurch ist ferner eine möglichst kleine Kontaktfläche zwischen den Abstandshaltem und dem Substrat von Vorteil. Daher sind bspw. Geometrien wie in Fig. 4A und 4C gezeigt besonders vorteilhaft, da im Fall von Zylindern, Röhren oder Abstandshaltem mit dreieckigem Querschnitt, die Auflagefläche mehr oder weniger auf eine Auflagelinie reduziert wird. Bei entsprechenden Experimenten hat sich diesbezüglich der röhrenförmige Abstandshalter gemäß Fig. 4A als besonders vorteilhaft erwiesen.
Die Geometrie der Abstandshalter hat ferner einen Einfluss auf die Aufheizung des Substrats durch die Wärmestrahlung, da die Abstandshalter das Substrat diesbezüglich abschatten. Es ist daher auch erwünscht, dass die maximale Querschnittsfläche bzw. die Projektion der Abstandshalter auf die Substratfläche möglichst gering ist. Tatsächlich wurden bei Experimenten der Anmelderin, wie bereits oben erwähnt, die größten Temperaturinhomogenitäten während des Aufheizens im Bereich der Abstandshalter ermittelt.
Ferner ist es besonders bevorzugt, anstelle der in den Fig. 6A-C gezeigten Rohre oder Stäbe, die sich kontinuierlich entlang der Quer- und/oder Längsrichtung des Substrats erstrecken und ein Auflagerost oder -gitter bilden, isolierte bzw. diskrete Abstandshalter vorzusehen, wie dies beispielhaft in den Fig. 6D-F dargestellt ist, wo kegel- bzw. kugelförmige Abstandshalter 2 in einem regelmäßigen quadratischen Raster angeordnet sind und lediglich punktförmige Auflageflächen ausbilden. Sowohl im Hinblick auf die oben erwähnte Abschattung des Substrats als auch in Bezug auf die Wärmeleitung durch die Abstandshalter erzeugen derartige diskret angeordnete Abstandshalter die kleinsten Störungen, die auch - wie bereits erläutert - besonders gut durch eine Wärmeleitung innerhalb des Substrats kompensiert werden. Selbstverständlich müssen diese diskreten Abstandshalter nicht, wie beispielhaft dargestellt, kegel- oder kugelförmig sein, sondern können auch bspw. Pyramiden- oder zylinderförmig sein. Auch die Anordnung in einem quadratischen Raster ist nicht zwingend, wobei eine möglichst regelmäßige Verteilung der Abstandshalter im Hinblick auf eine möglichst minimale Störung und möglichst kleine nicht unterstützte Abstände zu bevorzugen ist. Bei der Verwendung kugelförmiger Abstandshalter bietet es sich an, die Kugeln in entsprechende Bohrungen oder Vertiefungen 8 zu platzieren, damit diese auf ihren Rasterposition bleiben (vgl. Fig. 6F).
Durch die Abstandshalter 2 wird bevorzugt sichergestellt, dass der Abstand zwischen der Oberseite la der Suszeptorplatte 1 und der Unterseite des Substrats 4 mindestens 2 mm beträgt. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die Abstandshalter 2a, 2b, 2c, wie in Figur 5A zu sehen, direkt auf der Oberseite la der Suszeptorplatte 1 angeordnet sind und mindestens 2 mm von der Oberseite la der Suszeptorplatte 1 vorstehen. In diesem Fall wird der Abstand h zwischen der Oberseite la der Suszeptorplatte 1 und der Unterseite des Substrats 4 durch die Dicke bzw. Höhe der Abstandhalter 2a, 2b, 2c definiert.
Die Abstandshalter 2a, 2b, 2c müssen jedoch nicht auf der Oberseite la der Suszeptorplatte 1 aufliegen, sondern können durch andere Lagerungsmechanismen beispielsweise auch beabstandet oberhalb der Suszeptorplatte 1 angeordnet sein, wie dies schematisch in Figur 5B zu sehen ist. Auch hier stehen die Abstandshalter 2a, 2b, 2c bevorzugt mindestens 2 mm von der Oberseite la der Suszeptorplatte 1 vor. Jedoch ist hier der Abstand h zwischen Suszeptorplatte und Substrat größer als die Dicke bzw. Höhe der Abstandshalter 2a, 2b, 2c.
In einer weiteren Alternative, wie schematisch Figur 5C gezeigt ist, können die Abstandhalter 2a, 2b, 2c auch in entsprechende Vertiefungen 5a, 5b, 5c in der Oberseite la der Suszeptorplatte 1 lagern, was dazu fuhrt, dass der Abstand h zwischen Suszeptorplatte und Substrat kleiner ist als die Dicke bzw. Höhe der Abstandshalter 2a, 2b, 2c.
Wie aus diesen Varianten ersichtlich wird, soll durch die von der Oberseite der Suszeptorplatte vorstehenden Abstandshalter ein definierter Abstand h zwischen Suszeptorplatte und Substrat sichergestellt werden. Falls die Abstandshalter, wie in Figur 5B gezeigt, nicht auf der Oberseite la der Suszeptorplatte 1 aufliegen, so sind die Abstandshalter bevorzugt stabformig ausgebildet und liegen an ihren Enden auf einem entsprechenden Trägerrahmen 6 auf. Dies ist schematisch in den Figuren 6A-C skizziert, wo sich die Abstandshalter 2 von einem Rand des Trägerrahmens 6 über einen rechteckigen Ausschnitt hinweg zum gegenüberliegenden Rand des Trägerrahmens 6 erstrecken. In dem rechteckigen Ausschnitt verlaufen die Abstandshalter 2 frei schwebend von der Oberseite la der Suszeptorplatte 1 beabstandet (vgl. Figur 5B).
Wie eingangs erläutert, richtet sich die Erfindung gemäß einem dritten Aspekt auf ein Heizsystem zur Aufheizung von großflächigen Substraten, welches eine Suszeptorplatte mit einer Oberseite und einer Unterseite, mehrere Abstandshalter oberhalb der Suszeptorplatte und eine Heizquelle aufweist, die direkt an oder in der Suszeptorplatte angeordnet und dazu eingerichtet ist, die Suszeptorplatte direkt aufzuheizen. Eine bevorzugte Ausfuhrungsform dieses Erfindungsaspekts ist schematisch in Figur 3 zu sehen. Hier verläuft eine Heizwendel 3 a innerhalb der Suzeptorplatte 1. Ansonsten gelten auch für diese Ausfuhrungsform die im Rahmen der anderen Figuren diskutierten bevorzugten Merkmale.
Die Anmelderin hat das erfindungsgemäße Verfahren mit einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung (mit Komponenten entsprechend denjenigen, die unten im Kontext des Aufheiztests beschrieben werden, wobei als Suszeptorplatte eine CFC-Platte mit Dimensionen von 200 mm x 200 mm x 1 mm verwendet wurde) durchgeführt und die zeitlichen Temperaturverläufe der Suszeptorplatte der Heizvorrichtung und eines Glassubstrats ermittelt. Figur 10 zeigt das entsprechende Ergebnis. Figur 11 zeigt die aus den Temperaturverläufen gemäß Figur 10 ermittelten Aufheizraten. Wie gut zu erkennen ist, wird die Suszeptorplatte durch die erfindungsgemäße Heizvorrichtung insbesondere während der ersten 20-30 s sehr rasch aufgeheizt, wobei die entsprechende Aufheizrate ein Maximum von größer als 25 K/s durchläuft. Die Aufheizung des Substrats erfolgt zeitversetzt mit deutlich geringeren Aufheizraten: das - sehr viel später erreichte - Maximum der Substrataufheizrate liegt unter 5 K/s. Entsprechend bilden sich zwischen Suszeptorplatte und Substrat sehr große Temperaturgradienten aus, die letztlich für eine effektive, homogene und schnelle Aufheizung des Substrats sorgen.
Aufheiztest
Nachfolgend wird ein Aufheiztest beschrieben, mittels dessen sich überprüfen lässt, ob die erfindungsgemäßen maximalen Aufheizratenverhältnisse mit einer Suszeptorplatte erreicht werden können bzw. ob die Suszeptorplatte die erfindungsgemäßen Eigenschaften für elektromagnetische Wellen, insbesondere IR-Strahlung, aufweist. Hierfür wird der in Fig. 7 schematisch dargestellte Testaufbau verwendet.
Der Testaufbau enthält vier regelmäßig angeordnete kurzwellige IR-Strahler (300 - 460 mm lang), mit einer bzw. zwei Wendel(n) und jeweils einer Gesamtleitung von 1,5 - 3 kW. Die Rundrohrstrahler sind mit einer Reflexionsbeschichtung aus Gold, Aluminiumoxid oder QRC™ (quartz reflective coating) versehen, wobei R > 50%. Die IR-Strahler sind in Fig. 7 mit dem Bezugszeichen 3 gekennzeichnet. Der Abstand zwischen den IR-Strahlern 3 soll 50- 55 mm betragen.
Oberhalb der vier IR-Strahler 3 wird die zu testende Suszeptorplatte 1 derart auf zwei symmetrisch platzierten Rohren 7 gelagert, dass der Abstand zwischen der Suszeptorplatte 1 und den IR-Strahlern 3 ebenfalls 50-55 mm beträgt. Hierfür können Keramikrohre aus Aluminiumoxid 10x1 oder Quarzrohre 10x1 (300 - 500 mm lang) zum Einsatz kommen. Die Rohre 7 verlaufen senkrecht zu den IR-Strahlern 3 und haben einen Abstand zueinander von 90-100 mm. Ist die zu testende Suszeptorplatte größer als 200 mm x 200 mm (+20/-5), so wird die Platte auf dieses Maß geschnitten und ein Plattenausschnitt mit 200 mm x 200 mm (+20/-5) vermessen.
Auf der Oberseite der Suszeptorplatte 1 wird möglichst mittig ein Thermoelement TC1 mit Hilfe von einem Hochtemperaturkleber wie z.B. Silberlack befestigt (vgl. Fig. 8).
Als Referenzsubstrat für den Aufheiztest dient ein Glassubstrat aus klarem Floatglas mit einer Erweichungstemperatur von 510-600 °C und einer Fläche von 100 (+10/-5) mm x 100 (+10/- 5) mm und einer Dicke von 2 (+/-0,2) mm. Das Referenzsubstrat 4 wird in Bezug auf die Suszeptorplatte 1 möglichst mittig auf vier Abstandshalter 2 aufgelegt, die an den vier Ecken des Referenzsubstrats 4 platziert werden (vgl. Fig. 7) Die Abstandshalter 2 bestehen aus Keramik mit einer Höhe von 2-3 mm und einem Durchmesser von 8 - 10 mm.
Auf der Oberseite des Referenzsubstrats wird möglichst mittig ein Thermoelement TC2 mit Hilfe von einem Hochtemperaturkleber wie z.B. Silberlack befestigt (vgl. Fig. 9). Für die Thermoelemente TC1 und TC2 kommt bspw. ein Mantelthermoelement Typ K mit Mantelwerkstoff 1.4541 oder 2.4816 und einem Manteldurchmesser von 0,5 (+/-0,2) mm in Frage.
Der Heiztest wird in einem geschlossenen Raum unter Stickstoffatmosphäre bei 1.000 (+/- 100) hPa, einem Sauerstoffpartialdruck von maximal 10 ppm und einem Wassertaupunkt von maximal -40 °C durchgeführt. Der Test wird bei Raumtemperatur, d.h. 23 (+/-3) °C begonnen.
Zum Zeitpunkt t=0s werden die vier IR-Strahler gleichzeitig mit einer Leistung von jeweils 1,5 kW (entsprechend einer Gesamtstrahlungsleistung von 6 kW) eingeschaltet und die Suszeptorplatte mit konstanter Strahlleistung aufgeheizt, bis mittels des Thermoelements TC2 eine Temperatur an dem Referenzsubstrat von größer oder gleich 600 °C gemessen wird. Anschließend werden die IR-Strahler abgeschaltet.
Während des Heizprozesses werden für insgesamt 90 s zu jeder vollen Sekunde (d.h. für t=ls, t=2s, ..., t=90s) mittels des Thermoelements TC1 eine Temperatur an der Suszeptorplatte sowie mittels des Thermoelements TC2 eine Temperatur an dem Referenzsubstrat gemessen. Aus diesen gemessenen Temperaturen wird für jede volle Sekunde durch Ermittlung des Differenzenquotienten eine Aufheizrate für die Suszeptorplatte sowie das Referenzsubstrat bestimmt (z.B. Aufheizrate für die Suszeptorplatte für t=ls: (TTci(t=ls) - TTci(t=0s))/ls).
Unter der maximalen Aufheizrate der Suszeptorplatte während der ersten 20s des Aufheizens wird erfindungsgemäß das Maximum der so für die Suszeptorplatte ermittelten 20 Werte verstanden. Unter der maximalen Aufheizrate des Referenzsubstrats während der ersten 20s des Aufheizens wird erfindungsgemäß das Maximum der so für das Referenzsubstrat ermittelten 20 Werte verstanden. Unter dem maximalen Temperaturunterschied zwischen der Suszeptorplatte und dem Referenzsubstrat während der ersten 90s des Aufheizens wird erfindungsgemäß die maximale Differenz der zu den 90 Zeiten ermittelten Differenzen zwischen den jeweils für die Suszeptorplatte und das Referenzsubstrat ermittelten Temperaturen verstanden.

Claims

Ansprüche
1. Heizsystem zur Aufheizung von großflächigen Substraten, welches aufweist: eine Suszeptorplatte (1) mit einer Oberseite (la) und einer Unterseite (lb), wobei die Suszeptorplatte (1) für Infrarotstrahlung intransparent ist; mehrere Abstandshalter (2a; 2b; 2c) oberhalb der Suszeptorplatte (1), die aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit bestehen und mindestens 1 mm von der Oberseite (la) der Suszeptorplatte (1) vorstehen; und eine Infrarotstrahlungsquelle (3), die dazu angeordnet und eingerichtet ist, die Unterseite (lb) der Suszeptorplatte (1) mittels Infrarotstrahlung aufzuheizen.
2. Heizsystem zur Aufheizung von großflächigen Substraten, welches aufweist: eine Suszeptorplatte (1) mit einer Oberseite (la) und einer Unterseite (lb); mehrere Abstandshalter (2a; 2b; 2c) oberhalb der Suszeptorplatte (1), die aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit bestehen; und eine Infrarotstrahlungsquelle (3), die dazu angeordnet und eingerichtet ist, die Unterseite (lb) der Suszeptorplatte (1) mittels Infrarotstrahlung aufzuheizen; wobei die Suszeptorplatte (1) aus einem solchen Material gebildet und derart dimensioniert ist, dass die Suszeptorplatte (1) im Rahmen des in der Beschreibung definierten Aufheiztests unter Verwendung des in der Beschreibung definierten Referenzsubstrats derart aufgeheizt wird, dass die maximale Aufheizrate der Suszeptorplatte während der ersten 20 s des Aufheizens um mindestens den Faktor 4 größer ist als die maximale Aufheizrate des Referenzsubstrats während der ersten 20 s des Aufheizens.
3. Heizsystem nach Anspruch 2, wobei die maximale Aufheizrate der Suszeptorplatte während der ersten 20 s des Aufheizens um mindestens den Faktor 6, bevorzugt um mindestens den Faktor 10, größer ist als die maximale Aufheizrate des Referenzsubstrats während der ersten 20 s des Aufheizens.
4. Heizsystem nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Suszeptorplatte (1) aus einem solchen Material gebildet und derart dimensioniert ist, dass die Suszeptorplatte (1) im Rahmen des in der Beschreibung definierten Aufheiztests unter Verwendung des in der Beschreibung definierten Referenzsubstrats derart aufgeheizt wird, dass der maximale Temperaturunterschied zwischen der Suszeptorplatte und dem Referenzsubstrat während der ersten 90 s des Aufheizens mindestens 100 K, bevorzugt mindestens 200 K, stärker bevorzugt mindestens 300 K, noch stärker bevorzugt mindestens 400 K und besonders bevorzugt mindestens 500 K beträgt.
5. Heizsystem nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Abstandshalter (2a; 2b; 2c) mindestens 1 mm, bevorzugt mindestens 2 mm, von der Oberseite (la) der Suszeptorplatte (1) vorstehen.
6. Heizsystem zur Aufheizung von großflächigen Substraten, welches aufweist: eine Suszeptorplatte (1) mit einer Oberseite (la) und einer Unterseite (lb); mehrere Abstandshalter (2a; 2b; 2c) oberhalb der Suszeptorplatte (1), die aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit bestehen, wobei die Abstandshalter (2a; 2b; 2c) mindestens 1 mm von der Oberseite (la) der Suszeptorplatte (1) vorstehen; und eine Heizquelle, die direkt an oder in der Suszeptorplatte (1) angeordnet und dazu eingerichtet ist, die Suszeptorplatte (1) direkt aufzuheizen.
7. Heizsystem nach Anspruch 6, wobei die Abstandshalter (2a; 2b; 2c) mindestens 2 mm von der Oberseite (la) der Suszeptorplatte (1) vorstehen.
8. Heizsystem nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Suszeptorplatte (1) aus einem solchen Material gebildet und derart dimensioniert ist, dass die Suszeptorplatte (1) im Rahmen des in der Beschreibung definierten Aufheiztests unter Verwendung des in der Beschreibung definierten Referenzsubstrats derart aufgeheizt wird, dass die maximale Aufheizrate der Suszeptorplatte während der ersten 20 s des Aufheizens um mindestens den Faktor 4, bevorzugt um mindestens den Faktor 6, besonders bevorzugt um mindestens den Faktor 10, größer ist als die maximale Aufheizrate des Referenzsubstrats während der ersten 20 s des Aufheizens.
9. Heizsystem nach Anspruch 6, 7 oder 8, wobei die Suszeptorplatte (1) aus einem solchen Material gebildet und derart dimensioniert ist, dass die Suszeptorplatte (1) im Rahmen des in der Beschreibung definierten Aufheiztests unter Verwendung des in der Beschreibung definierten Referenzsubstrats derart aufgeheizt wird, dass der maximale Temperaturunterschied zwischen der Suszeptorplatte und dem Referenzsubstrat während der ersten 90 s des Aufheizens mindestens 100 K, bevorzugt mindestens 200 K, stärker bevorzugt mindestens 300 K, noch stärker bevorzugt mindestens 400 K und besonders bevorzugt mindestens 500 K beträgt.
10. Heizsystem nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Wärmeleitfähigkeit der Abstandshalter (2a; 2b; 2c) in Richtung senkrecht zur durch die Suszeptorplatte definierten Ebene im gesamten Temperaturbereich zwischen 20 °C und 1.000 °C kleiner als 15 W/m/K, bevorzugt kleiner als 12 W/m/K, besonders bevorzugt kleiner als 6,0 W/m/K ist.
11. Heizsystem nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Abstandshalter (2a; 2b; 2c) höchstens 10 mm, bevorzugt höchstens 8 mm und besonders bevorzugt höchstens 5 mm von der Oberseite (la) der Suszeptorplatte (1) vorstehen.
12. Heizsystem nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Dicke der Suszeptorplatte (1) kleiner als 5 mm, bevorzugt kleiner als 3 mm, besonders bevorzugt kleiner als 2 mm ist.
13. Heizsystem nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Oberseite (la) der Suszeptorplatte (1) eine Fläche von mindestens 0,7 m2, bevorzugt mindestens 1 m2, stärker bevorzugt mindestens 2 m2 und besonders bevorzugt mindestens 3 m2 aufweist.
14. Heizsystem nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Suszeptorplatte (1) für Infrarotstrahlung in dem gesamten Wellenlängenbereich zwischen 0,5 pm und 10,0 pm eine Transmission von kleiner als 10%, bevorzugt kleiner als 5%, stärker bevorzugt von kleiner als 3% und besonders bevorzugt von kleiner als 1% aufweist.
15. Heizsystem nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Suszeptorplatte (1) für Infrarotstrahlung in dem gesamten Wellenlängenbereich zwischen 0,5 pm und 10,0 pm einen Absorptionsgrad von mindestens 45%, bevorzugt mindestens 50% und stärker bevorzugt von mindestens 55% aufweist.
16. Heizsystem nach einem der vorigen Ansprüche, ferner mit einer (weiteren) Infrarotstrahlungsquelle, die dazu angeordnet und eingerichtet ist, die Oberseite (la) der Suszeptorplatte (1) mittels Infrarotstrahlung aufzuheizen.
17. Heizsystem nach einem der vorigen Ansprüche, ferner mit einer weiteren Suszeptorplatte mit einer Oberseite und einer Unterseite und einer (weiteren) Infrarotstrahlungsquelle, die dazu angeordnet und eingerichtet ist, die Oberseite der weiteren Suszeptorplatte mittels Infrarotstrahlung aufzuheizen.
18. Heizsystem nach Anspruch 17, wobei die Suszeptorplatte für Infrarotstrahlung intransparent ist.
19. Heizsystem nach Anspruch 17 oder 18, wobei die weitere Suszeptorplatte aus einem solchen Material gebildet und derart dimensioniert ist, dass die weitere Suszeptorplatte im Rahmen des in der Beschreibung definierten Aufheiztests unter Verwendung des in der Beschreibung definierten Referenzsubstrats derart aufgeheizt wird, dass die maximale Aufheizrate der weiteren Suszeptorplatte während der ersten 20 s des Aufheizens um mindestens den Faktor 4, bevorzugt um mindestens den Faktor 6, besonders bevorzugt um mindestens den Faktor 10, größer ist als die maximale Aufheizrate des Referenzsubstrats während der ersten 20 s des Aufheizens.
20. Heizsystem nach Anspruch 17, 18 oder 19, wobei die weitere Suszeptorplatte aus einem solchen Material gebildet und derart dimensioniert ist, dass die weitere Suszeptorplatte im Rahmen des in der Beschreibung definierten Aufheiztests unter Verwendung des in der Beschreibung definierten Referenzsubstrats derart aufgeheizt wird, dass der maximale Temperaturunterschied zwischen der Suszeptorplatte und dem Referenzsubstrat während der ersten 90 s des Aufheizens mindestens 100 K, bevorzugt mindestens 200 K, stärker bevorzugt mindestens 300 K, noch stärker bevorzugt mindestens 400 K und besonders bevorzugt mindestens 500 K beträgt.
21. Heizsystem nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Suszeptorplatte (1) und/oder die weitere Suszeptorplatte im gesamten Temperaturbereich zwischen 20°C und 1.000 °C eine laterale Wärmeleitfähigkeit innerhalb der Suszeptorplattenebene von mindestens 10 W/m/K, bevorzugt mindestens 30 W/m/K, besonders bevorzugt mindestens 50 W/m/K aufweist.
22. Heizsystem nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Abstandshalter (2a; 2b; 2c) auf der Oberseite (la) der Suszeptorplatte (1) angeordnet sind.
23. Heizsystem nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die gesamte Kontaktfläche zwischen Substrat und allen Abstandshaltem maximal 5%, bevorzugt maximal 1%, besonders bevorzugt maximal 0,1% der Substratoberfläche beträgt.
24. Heizsystem nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die gesamte Projektionsfläche aller Abstandshalter maximal 15%, bevorzugt maximal 12%, besonders bevorzugt maximal 9% der Substratoberfläche beträgt.
25. Heizsystem nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die maximale nicht unterstützte Distanz zwischen den Auflageflächen zweier Abstandshalter maximal 10 cm, bevorzugt maximal 5 cm, besonders bevorzugt maximal 3 cm beträgt.
26. Verfahren zum Aufheizen eines großflächigen Substrats mit den folgenden Schritten: Bereitstellen eines Heizsystems nach einem der vorigen Ansprüche;
Einbringen eines großflächigen Substrats (4) in das Heizsystem derart, dass das Substrat (4) auf den Abstandshaltem (2a; 2b; 2c) gelagert wird; und Aufheizen der Suszeptorplatte (1).
27. Verfahren zum Aufheizen eines großflächigen Substrats mit den folgenden Schritten: Bereitstellen eines Heizsystems aufweisend eine Suszeptorplatte (1) mit einer Oberseite (la) und einer Unterseite (lb), mehrere Abstandshalter (2a; 2b; 2c) oberhalb der Suszeptorplatte (1), die aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit bestehen, und eine Infrarotstrahlungsquelle (3), die dazu angeordnet und eingerichtet ist, die Unterseite (lb) der Suszeptorplatte (1) mittels Infrarotstrahlung aufzuheizen; Einbringen eines großflächigen Substrats (4) in das Heizsystem derart, dass das Substrat (4) auf den Abstandshaltem (2a; 2b; 2c) gelagert wird; und Aufheizen der Suszeptorplatte (1).
28. Verfahren nach Anspruch 27, wobei die Suszeptorplatte (1) unter Verwendung der Infrarotstrahlungsquelle (3) derart aufgeheizt wird, dass die maximale Aufheizrate der Suszeptorplatte während der ersten 20 s des Aufheizens um mindestens den Faktor 4, bevorzugt um mindestens den Faktor 6, stärker bevorzugt um mindestens den Faktor 10, größer ist als die maximale Aufheizrate des Substrats (4) während der ersten 20 s des Aufheizens.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 28, wobei der maximale Temperaturunterschied zwischen der Suszeptorplatte und dem Substrat während der ersten 90 s des Aufheizens mindestens 100 K, bevorzugt mindestens 200 K, stärker bevorzugt mindestens 300 K, noch stärker bevorzugt mindestens 400 K und besonders bevorzugt mindestens 500 K beträgt.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 29, wobei das Substrat (4) eine Fläche von mindestens 0,7 m2, bevorzugt mindestens 1 m2, stärker bevorzugt mindestens 2 m2 und besonders bevorzugt mindestens 3 m2 aufweist.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 30, wobei die Suszeptorplatte (1) während der ersten 20 s des Aufheizens auf eine Temperatur von mindestens 300 °C, bevorzugt von mindestens 350 °C und besonders bevorzugt von mindestens 400 °C aufgeheizt wird.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 31, wobei das Substrat (4) durch die erhitzte Suszeptorplatte (1) mittels Wärmestrahlung vollflächig aufgeheizt wird, wobei das Aufheizen des Substrats (4) mit einer Rate von mindestens 2 K/s, bevorzugt von mindestens 3 K/s und besonders bevorzugt von mindestens 4 K/s und/oder von höchstens 18 K/s, bevorzugt von höchstens 15 K/s und besonders bevorzugt von höchstens 10 K/s erfolgt.
33. Verfahren nach Anspruch 32, wobei das Substrat (4) bis zu einer Temperatur von höchstens 700 °C, bevorzugt höchstens 650 °C und besonders bevorzugt höchstens 600 °C aufgeheizt wird.
34. Verfahren nach Anspruch 32 oder 33, wobei das Substrat (4) bis zu einer Temperatur von mindestens 300 °C, bevorzugt mindestens 400 °C und besonders bevorzugt mindestens 500 °C aufgeheizt wird.
35. Verfahren nach Anspruch 32, 33 oder 34, wobei das Substrat (4) während des gesamten Aufheizvorgangs derart homogen aufgeheizt wird, dass die in der Substratoberfläche im Bereich der Abstandshalter auftretende Temperaturdifferenz höchstens 75 K, bevorzugt höchstens 50 K und besonders bevorzugt höchstens 25 K beträgt.
36. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 35, wobei zwischen der Suszeptorplatte (1) und dem Substrat (4) ein Gasdruck von mindestens 20 mbar, bevorzugt von mindestens 100 mbar und besonders bevorzugt Atmosphärendruck herrscht.
37. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 36, wobei der Abstand zwischen der Oberseite (la) der Suszeptorplatte (1) und der Unterseite des Substrats (4) mindestens 1 mm, bevorzugt mindestens 2 mm, beträgt.
38. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 37, wobei der Abstand zwischen der Oberseite (la) der Suszeptorplatte (1) und der Unterseite des Substrats (4) höchstens 10 mm, bevorzugt höchstens 8 mm und besonders bevorzugt höchstens 5mm beträgt.
39. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 38, wobei die gesamte Kontaktfläche zwischen Substrat und allen Abstandshaltem maximal 5%, bevorzugt maximal 1%, besonders bevorzugt maximal 0,1% der Substratoberfläche beträgt.
40. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 39, wobei die Breite der Kontaktlinie von sich kontinuierlich entlang der Quer- und/oder Längsrichtung des Substrats erstreckenden Abstandshaltem kleiner als 50%, bevorzugt kleiner als 20% und besonders bevorzugt kleiner als 10% der Substratdicke ist oder wobei der Durchmesser bzw. die maximale Dimension der Auflagefläche eines Abstandshalters kleiner als 50%, bevorzugt kleiner als 20% und besonders bevorzugt kleiner als 10% der Substratdicke ist.
41. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 40, wobei die gesamte Projektionsfläche aller Abstandshalter maximal 10%, bevorzugt maximal 6%, besonders bevorzugt maximal 3% der Substratoberfläche beträgt.
42. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 41, wobei die maximale nicht unterstütze Distanz zwischen den Auflageflächen zweier Abstandshalter maximal 10 cm, bevorzugt maximal 5 cm, besonders bevorzugt maximal 3 cm beträgt.
43. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 42, wobei das Heizsystem ferner eine weitere Suszeptorplatte mit einer Oberseite und einer Unterseite und eine weitere Infrarotstrahlungsquelle aufweist, die dazu angeordnet und eingerichtet ist, die Oberseite der weiteren Suszeptorplatte mittels Infrarotstrahlung aufzuheizen, und wobei das großflächige Substrats (4) derart in das Heizsystem eingebracht wird, dass das Substrat (4) zwischen den beiden Suszeptorplatten auf den Abstandshaltem (2a;
2b; 2c) gelagert wird.
44. Verfahren nach Anspruch 43, wobei der Abstand zwischen der Unterseite der weiteren Suszeptorplatte und der Oberseite des Substrats (4) mindestens 1 mm, bevorzugt mindestens 2 mm, beträgt.
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