TWI667727B - 用於支撐架的基板支撐元件以及包含該基板支撐元件的支撐架及裝置 - Google Patents

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Abstract

用於供熱處理基板用之支撐架之已知基板支撐元件包含用於該基板之支撐表面。在此基礎上，為設計容許儘可能均勻地加熱該基板之基板支撐元件，本發明提出該基板支撐元件係包含第一複合組件及第二複合組件之複合體，其中該第一複合組件具有在0.5W/(m∙K)至40 W/(m∙K)範圍內之導熱率且該第二複合組件具有在70W/(m∙K)至450 W/(m∙K)範圍內之導熱率。

Description

用於支撐架的基板支撐元件以及包含該基板支撐元件的支撐架及裝置
本發明係關於用於供熱處理基板用之支撐架之基板支撐元件，該基板支撐元件包含用於基板之支撐表面。
此外，本發明係關於用於熱處理基板之支撐架以及用於輻照基板之裝置。
在本發明之範圍內之支撐架係用於撐托多個基板，具體而言用於撐托半導體盤(晶圓)。支撐架之常見應用係在半導體或光伏打工業中熱處理矽晶圓。已知支撐架包含多個基板支撐元件，在該等基板支撐元件上各自可放置一個基板。出於此目的，基板支撐元件通常配備有支撐表面，該支撐表面呈(例如)凹陷之形式。
在矽晶圓之產生及處理期間，使矽晶圓週期性地經受熱處理。在大多數情形下，使用紅外發射體作為熱處理之能源。
矽晶圓係包含頂部側及底部側之薄盤形基板。若紅外發射體分配至基板之頂部及/或底部側，則達成該等基板之良好均勻的熱處理。此要求在欲輻照晶圓之上方及/或下方存在相當大的構築空間。
若將晶圓佈置於支撐架中且將完全地組態有晶圓之支撐架進給至熱處理，則在晶圓之熱處理中達成較高通量。
此類型之支撐架通常係垂直架；其基本上由頂部及底部限制板組成，該等限制板藉助多個狹縫型橫桿彼此連接。在用半導體技術處理晶圓期間，該等支撐架用於爐、塗覆或蝕刻設施中，且亦用於晶圓之傳輸及儲存。此類型之支撐架自(例如)DE 20 2005 001 721 U1已知。
然而，該等支撐架係不利的，因為在支撐架所撐托之晶圓之間僅留有極少組裝空間，此導致紅外發射體必須佈置至支撐架側。此類型之佈置導致晶圓邊緣較晶圓之中間必定被更強烈的輻照。晶圓之不均勻輻照可損害晶圓之品質。此外，製程時間取決於晶圓(包括其中間區域)達到所選溫度所消耗的時間。因此，自側輻射晶圓亦與較長製程時間相關。
此外，亦已知呈擱板系統形式且包含多個層面之支撐架。在該等支撐架中，個別層面上各自置有一或多個基板(晶圓)。此類型之支撐架可以一個部分或多個部分之設計提供，例如可提供固持在固持框中之多個支撐元件，每一支撐元件形成單獨層面。在擱板系統類型之支撐架中，藉助兩種機制進行熱供應，即，一方面，藉由輻照基板直接進行，且另一方面，藉由自各別擱板層面之熱傳遞間接進行。然而，依照常規，擱板樣架之使用亦與如下問題相關：其中紅外發射體需要佈置至毗鄰架之側，此通常導致基板溫度之不均勻分佈。
因此，本發明係基於設計用於容許儘可能均勻地加熱基板之基板架之基板支撐元件之技術目標。
此外，本發明係基於設計容許儘可能均勻地加熱基板之支撐架及/或 輻照設施之目標。
100‧‧‧支撐架
101‧‧‧基板支撐元件/第一基板支撐元件/第二基板支撐元件
102‧‧‧水平方向
103‧‧‧垂直方向
104‧‧‧橫向側
105‧‧‧縱向側
106‧‧‧突出部
107‧‧‧圓柱形橫桿
108‧‧‧支撐表面
200‧‧‧裝置
201‧‧‧紅外發射體模組
202‧‧‧紅外發射體模組
203‧‧‧紅外發射體模組
204‧‧‧紅外發射體模組
205‧‧‧圓柱形紅外發射體
206a‧‧‧半導體盤
206b‧‧‧半導體盤
207‧‧‧面向欲輻照之半導體盤206a、206b之側
208‧‧‧背對欲輻照之半導體盤206a、206b之側
300‧‧‧矽基板
301a‧‧‧紅外模組
301b‧‧‧紅外模組
500‧‧‧基板支撐元件/第一基板支撐元件/第二基板支撐元件
501‧‧‧縱向側
502‧‧‧橫向側
503‧‧‧支撐表面
520‧‧‧基板支撐元件/第一基板支撐元件/第二基板支撐元件
521‧‧‧縱向側
522‧‧‧橫向側
523‧‧‧支撐表面
540‧‧‧基板支撐元件/第一基板支撐元件/第二基板支撐元件
541‧‧‧縱向側
542‧‧‧橫向側
543‧‧‧支撐表面
560‧‧‧基板支撐元件/第一基板支撐元件/第二基板支撐元件
561‧‧‧縱向側
562‧‧‧橫向側
563‧‧‧支撐表面
580‧‧‧箭頭
600‧‧‧基板支撐元件/第一基板支撐元件/第二基板支撐元件
601‧‧‧支撐表面
602‧‧‧第二複合組件
603‧‧‧第一複合組件
605‧‧‧橫向側
606‧‧‧固持器
607‧‧‧邊緣區
608‧‧‧中間區
A-A‘‧‧‧剖面軸
I‧‧‧第一區
II‧‧‧第二區
III‧‧‧第一區
IIa‧‧‧第二區
IIb‧‧‧第二區
圖1 顯示用於熱處理基板之本發明支撐架之實施例，其中多個本發明基板支撐元件係以擱板系統之方式堆疊；圖2 顯示用於輻照基板之本發明裝置之實施例之剖面圖；圖3 顯示繪示由碳製得之支撐表面上之矽基板之表面溫度之溫度分佈圖，以及用於圖解說明溫度分佈之示意圖；圖4 顯示繪示由鋁製得之支撐表面上之矽基板之表面溫度之溫度分佈圖，以及用於圖解說明溫度分佈之示意圖；圖5 顯示本發明基板支撐元件之各個實施例之俯視圖；且圖6 顯示本發明基板支撐元件之實施例之俯視圖(A)及剖面圖(B)。
就基板支撐元件而言，該目標係根據基於上文所提及類型之基板支撐元件之本發明來解決，其中基板支撐元件係包含第一複合組件及第二複合組件之複合體，其中該第一複合組件具有在0.5W/(m．K)至40W/(m．K)範圍內之導熱率且該第二複合組件具有在70W/(m．K)至450W/(m．K)範圍內之導熱率。
用於熱處理基板之基板支撐元件通常係由單一均勻材料製得，該單一均勻材料之特徵基本上在於其良好溫度穩定性及良好耐化學性。尤其在半導體產生中，半導體組件之產量及電性能基本上係由在半導體之產生期間可防止半導體材料被雜質污染之程度控制。該等污染物可由(例如)製程中所使用之裝置引起。
通常觀察到由單一材料製得之習用基板支撐元件之側向輻照與置於 該等基板支撐元件上之基板之溫度差異相關。原因係該等基板支撐元件包含邊緣區域及中間區域，其中基板支撐元件中面向輻照源之邊緣區域較(例如)中間區域被更強烈地加熱。基板支撐元件之伴隨溫度差異亦反映在基板溫度中。
根據本發明，基板支撐元件係包含至少兩個在其導熱率方面有差異之複合組件之複合體。在此背景下，第一複合組件具有在0.5W/(m．K)至40W/(m．K)範圍內之導熱率且第二複合組件具有在70W/(m．K)至450W/(m．K)範圍內之導熱率。
導熱率亦稱為導熱係數，其應理解為物質特異性物理參數；其係由材料內熱傳導引起之熱傳遞之量度。溫度差異之存在係熱傳導之先決條件。基於在金屬中藉助傳導電子良好的傳輸熱能，金屬通常具有良好導熱率。下表1以實例性方式列示一些材料之導熱率。
為在基板上達成儘可能均勻的溫度分佈，複合化合物適當地經選擇使得其朝向溫度平衡起作用。
在最簡單情形下，基板支撐元件中曝光於相當高的輻照強度且預計高溫之區域係由第一複合組件製得，且預計低溫之區域係由第二複合組件製得。
由於基板支撐元件中預計低溫之區域係由具有較高導熱率之第二複 合組件製得，故熱能可易於傳輸至該等區域中且可均勻地分佈在該等區域中，例如自邊緣區域傳輸至中間區域。基板支撐元件中由第一複合組件製得之區域係暴露於高能量輸入，但能量之直接轉移藉由第一複合組件之低導熱率抗衡。由於本發明之基板支撐元件係複合體，第二複合組件可將引入第一複合組件中之熱能儘可能均勻地分佈至整個基板支撐元件，其中基板上高溫區域之出現同時減少。
複合組件之物質性質及幾何結構對於複合體之性質至關重要。具體而言，複合體之大小效應起作用。第一複合組件及第二複合組件係以材料結合方式或藉由形式擬合或該兩者之組合連接。由於由第一複合組件及/或第二複合組件製得之支撐表面區域之大小、形狀及數量取決於輻照之類型，具體而言取決於輻照功率、距輻照源之距離及欲輻照之基板，故有利的是根據輻照情形有規律地改變該等。
本發明基板支撐元件之較佳改進提供由第二複合組件製得之支撐表面，且提供由第一複合組件製得且毗鄰支撐表面之邊緣區域。
由第二複合組件製得之支撐表面由於其良好導熱率而促成均勻的基板溫度。由於支撐表面至少部分地被由第一複合組件製得之邊緣區域圍繞，故例如在其側面上引入基板支撐元件中之熱能由於第一複合組件之相當低的導熱率而初始被儲存在邊緣區域中，且然後藉助第二複合組件在支撐表面之方向上傳輸離開以便均勻地分佈在該支撐表面中。
支撐表面可完全或部分地被邊緣區域圍繞。在最簡單情形下，邊緣區域僅分配至直接暴露於熱輸入之一側，例如分配至基板支撐元件面向輻照源之側。
完全圍繞支撐表面之邊緣區域已經證實同樣有利。在此情形下，邊 緣區域用作能量儲存器，藉助其可儲存能量且使得可均一地加熱支撐表面。藉由由第二複合組件製得之支撐表面提供能量傳輸。已證實在此情況下尤其有利的是使支撐表面藉由包含頂部側及底部側且由第二複合組件製得之盤形支撐元件形成，且使邊緣區域至少部分地與支撐元件之頂部側及/或底部側重疊。由於邊緣區域與支撐元件之重疊，第一複合組件與第二複合組件之間之接觸區域經擴大，使得自第一複合組件至第二複合組件之尤其高效的熱傳遞成為可能。
在另一亦較佳之本發明基板支撐元件之改進中，支撐表面包含第一複合組件及第二複合組件。
習用基板支撐元件係由單一材料製得使得支撐表面由與支撐元件相同之材料組成。在該基板支撐元件上支撐之基板在輻照之後通常顯示溫度差異。在此背景下，具體而言基板及面向輻照源之基板支撐元件之側較(例如)其中間區域被更強烈加熱。
相反，已證實尤其有利的是在本發明之基板支撐元件中提供改良之支撐表面，其中改良之支撐表面之物理性質適於支撐表面及可能置於該支撐表面上之基板之側向輻照。
在最簡單情形下，支撐表面中預計低的相應基板溫度之區域係由具有較高導熱率之第二複合組件製得。此通常適用於(例如)支撐表面之中間區域。若支撐表面之此區域中具有良好導熱率，則熱能可易於傳輸至此區域中且可均勻地分佈在此區域中，例如自邊緣區域至中間區域中。較佳地，支撐表面中預計由於相對於輻照源之位置而被更強烈加熱之區域係由第一複合組件製得。該等區域仍暴露於較高能量輸入，但能量之轉移藉由低導熱率抗衡。以此方式，基板上高溫區域之表面區域減至最少。
已證實尤其有利的是第一複合組件在20℃下具有至少0.7kJ/(kg．K)之比熱容量，較佳地在20℃下具有在0.7kJ/(kg．K)至1.0kJ/(kg．K)範圍內之比熱容量。
物質之比熱容量係給定量物質在溫度改變1K之後可吸收之熱之量的量度，即該物質可吸收且儲存熱能之程度。若第一複合組件具有至少0.7kJ/(kg．K)之熱容量，則其可吸收相當大量的熱能。此降低由可能置於該第一複合組件上之基板吸收之能量之量。因此，第一複合組件之熱容量愈大，可由基板吸收之熱之量愈少，且因此，基板溫度愈低。
較佳地，第一複合組件分配至支撐表面中預計高的相應基板溫度之區域，例如支撐表面之邊緣區域。與基於導熱率適宜地選擇複合組件相組合，使用具有在上文所指定範圍內之熱容量之複合組件使得另外有助於平衡基板溫度之差異。
下表2以實例性方式列示一些材料在T=20℃下之比熱容量。
本發明基板支撐元件之較佳改進使得支撐表面之第一複合組件之質量及第二複合組件之質量彼此適當地匹配，使得第一複合組件之熱容量大於第二組件之熱容量。
複合組件之熱容量尤其取決於其質量。複合組件之質量愈大，其熱容量愈大。此外，複合組件之熱容量對置於支撐表面上且經紅外輻射輻照 之基板中之溫度分佈具有影響。複合組件之熱容量應理解為所提供熱之量及由此達成之加熱之比率。熱容量愈大，需要提供至複合組件以將其加熱1K之能量愈多。第一複合組件較佳地分配至支撐表面中預計較高的相應基板溫度之區域。若第一複合組件之熱容量大於第二複合組件之熱容量，則具有第一複合組件之區域被較不強烈地加熱。相比之下，具有第二複合組件之區域被較強烈地加熱。此有助於平衡基板溫度之差異。在此背景下，已證實有利的是使第一複合組件之熱容量較第二複合組件之熱容量大至少30%。較佳地，支撐表面係作為層面表面提供。
層面表面可藉由低強度的產生工作(例如藉由研磨)產生。另外，有利的是基板(亦係層面)包含與支撐表面最大可能接觸之區域。此有助於熱之量藉由接觸表面儘可能均勻地分佈在基板上。
置於支撐表面上之基板可完全或部分地倚靠在支撐表面上。較佳地，置於支撐表面上之基板藉助其接觸側完全倚靠在支撐表面上。此有利之處在於可經由支撐表面儘可能多地調節接觸側之溫度，使得可儘可能均勻地加熱基板。
較佳地，用於基板之支撐表面之大小在10,000mm2至160,000mm2之範圍內，尤佳在10,000mm2至15,000mm2之範圍內。
支撐表面愈多，使支撐表面具有均勻的溫度愈發困難。在10,000mm2至160,000mm2範圍內之支撐表面對於容納常見基板(例如半導體晶圓)而言足夠的大。同時，該支撐表面之溫度可保持足夠均勻。此外，難以製造出大於160,000mm2之支撐表面。
已證實尤其有利的是支撐表面之大小在10,000mm2至15,000mm2之範圍內。此範圍內之支撐表面尤其適於容納電子組件之產生(例如積體電 路之產生)中所用類型之晶圓。在此背景下，已證實有利的是支撐表面之形狀為正方形或圓形。在提及正方形支撐表面時，其大小較佳地在100mm×100mm與122mm×122mm之間；圓形支撐表面之支撐表面直徑較佳地在56mm與120mm之間。
已證實有利的是支撐表面包含包括第一複合組件之第一區及包括第二複合組件之第二區。
術語區應理解為意指支撐表面中排他性地由第一複合組件組成之區域。在最簡單情形下，第一區及第二區彼此緊密毗鄰。然而，其亦可彼此相距一定距離。使用區之有利之處在於該等區可容易且廉價地來製造且可彼此連接。第一區及第二區之連接較佳地藉助形式擬合進行，且亦可以材料結合方式(例如藉由焊接或膠黏)進行。形式擬合及材料結合連接之組合亦係可行的。單純的形式擬合連接之有利之處在於其尤其易於產生。
有利地，第一區包含形狀為橢圓形之區段。
盤形層面基板上之溫度分佈型式通常包括具有橢圓形區段之等溫線。因此有利的是使第一區適應等溫線之形狀。較佳地，第二區亦包含形狀為橢圓形之區段。尤其有利的是第一區及第二區彼此緊密毗鄰，且第一區包含橢圓形區段，且第二區包含對應於該第一形狀區段之第二橢圓形區段。
在本發明之基板支撐元件之較佳改進中，第一複合組件係碳、碳化矽或黑化氧化鋯。
上文所指定之材料不僅包含在上文所指定範圍內之良好導熱率，且亦包含良好溫度穩定性及良好化學穩定性。
在此背景下，有利的是第二複合組件含有金屬，較佳地鋁或其合金 或耐高溫鋼。
基於熱能可在金屬中藉助該等金屬之傳導電子被傳輸之事實，金屬通常具有良好導熱率。具體而言，鋁在升高之溫度下顯示充足的化學穩定性且因此非常適合用作複合組件。
有利地，基板支撐元件可在已知支撐架中用於熱處理半導體晶圓。
在提及用於熱處理基板之支撐架時，上文所指定之目標係根據基於上文所指定類型之支撐架之本發明來解決，其中該支撐架包含第一基板支撐元件及第二基板支撐元件，其中第一基板支撐元件及第二基板支撐元件經適當佈置使得其用於基板之各別支撐表面彼此平行地延伸。
本發明之支撐架經設計尤其用於熱處理半導體盤(矽晶圓)。在此情況下，基板支撐元件之支撐表面相對於彼此平行佈置。較佳地，第一支撐元件及第二支撐元件係以經設計以容納基板之之擱板之方式佈置。使用擱板樣支撐架之有利之處在於可藉由兩種機制提供加熱所需要之能量，即，一方面藉由直接輻照基板直接進行，且另一方面，藉助支撐架自身之熱傳導間接進行，該支撐架在輻照過程期間亦被加熱。支撐架可具有一個部分或多個部分之設計。其包含至少兩個基板支撐元件。
習用基板支撐元件之支撐表面通常由與支撐元件相同之材料組成。相反，本發明之支撐架設有呈包含至少兩個具有不同導熱率之複合組件之複合體形式之支撐元件。在此背景下，第一複合組件具有在0.5W/(m．K)至40W/(m．K)範圍內之導熱率且第二複合組件具有在70W/(m．K)至450W/(m．K)範圍內之導熱率。
如上文所解釋，複合組件經適當選擇使得其朝向溫度平衡起作用。以此方式，在基板上獲得儘可能均勻的溫度分佈。
在提及用於輻照基板之裝置時，上文所指定之目標係根據本發明來解決，其中該裝置包含至少一個基板支撐元件及至少一個用於輻照基板支撐元件之紅外發射體。
此類型裝置非常適合輻照半導體盤(矽晶圓)；該裝置包含至少一個紅外輻照源且可用於物質之熱處理。紅外發射體經設計用於輻照基板支撐元件，具體而言輻照支撐表面及置於該支撐表面上之基板。紅外發射體較佳地包含縱向軸，該縱向軸垂直、平行或斜向於基板支撐元件之支撐表面延伸。
裝置在本發明之範圍內包含至少一個基板載體元件，該基板載體元件設有改良之支撐表面。該支撐表面包含至少兩個具有不同導熱率之複合組件。在此背景下，第一複合組件具有在0.5W/(m．K)至40W/(m．K)範圍內之導熱率且第二複合組件具有在70W/(m．K)至450W/(m．K)範圍內之導熱率。複合組件之物理性質適於側向輻照支撐表面及可能置於該支撐表面上之基板。
為在基板上達成儘可能均勻的溫度分佈，複合化合物經適當選擇使得其朝向溫度平衡起作用。在最簡單情形下，支撐表面中預計低的相應基板溫度之區域係由具有較高導熱率之第二複合組件製得。此通常適用於(例如)支撐表面之中間區域。若支撐表面之此區域具有良好導熱率，則熱能可易於傳輸至此區域中且可均勻地分佈在此區域中，例如自邊緣區域至中間區域中。較佳地，支撐表面中預計由於其相對於輻照源之位置而被更強烈加熱之區域係由第一複合組件製得。該等區域仍暴露於較高能量輸入，但能量之轉移藉由低導熱率抗衡。以此方式，基板上高溫區域之大小減至最少且促進基板之儘可能均勻地加熱。
在此背景下，已經證實有利的是基板支撐元件之支撐表面包含包括第一複合組件之第一區及包括第二複合組件之第二區，且具有面向紅外發射體之橫向側以及兩個縱向側，其中第一區沿橫向側延伸。
橫向側有規律地分配至紅外發射體；因此其曝光於最高的輻照強度。其距紅外發射體之距離最短。沿橫向側延伸之第一區有助於使橫向側之區中之溫度保持儘可能地低且抗衡高溫區域之擴散。
在此情況下，已證實尤其有利的是第二區沿縱向側中之至少一者延伸。
基板縱向側上之溫度週期性地高於基板之中間。此與基板在其邊緣之加熱通常快於中間相關。沿縱向側中之至少一者、較佳地沿二者延伸之第二區容許熱自邊緣轉移至中間中。出於此目的，第二區係由第二複合組件製得，該第二複合組件由於其高導熱率而在基板內促成快速溫度平衡。
實例性實施例
在下文基於實例性實施例及附圖更詳細地闡釋本發明。在示意圖中，圖1顯示本發明支撐架之實施例之透視圖，該支撐架全都具有指派給其之參考號100。支撐架100經設計用於在半導體/光伏打工業中熱處理矽晶圓。呈擱板形式之該等支撐架在講英語國家亦稱為「堆疊」。支撐架100包含多個基板支撐元件101。為簡化展示，圖1出於實例性目的顯示十個基板支撐元件101之佈置。基板支撐元件101之設計係相同的。支撐架100包含五個在垂直方向103上彼此堆疊之基板支撐元件101。此外，支撐架在水平方向102上延伸；此處，兩個基板支撐元件101各自經佈置以使每一層面彼此毗鄰。
出於實例性目的應在下文更詳細地闡釋該等基板支撐元件101中之一者：基板支撐元件101係由碳製得；其包含兩個縱向側105及兩個橫向側104。橫向側104具有兩個各自位於該等橫向側上之突出部106，藉助該等突出部基板支撐元件101可附接至橫桿107。圓柱形橫桿107係由鋼製得且各自設有外部螺紋。基板支撐元件101包含相應的具有內部螺紋之鑽孔使得基板支撐元件101可螺接至橫桿107。螺紋直徑為8mm。橫桿107具有環形放射狀剖面，橫桿之直徑為8mm。
基板支撐元件101具有200mm之長度(對應於包括具有30mm突出部長度之突出部106之縱向側105)及150mm之寬度(對應於橫向側104)。基板支撐元件101之厚度為2mm。在基板支撐元件101之頂部側上提供呈矩形凹陷形式之用於半導體盤之支撐表面108。
在支撐表面108之區域中，基板支撐元件101係由兩種複合組件製得，即由第一複合組件碳(導熱率：17W/(m．K))及第二複合組件鋁(導熱率：209W/(m．K))製得；其經適當地定尺寸使得可能置於支撐表面108上之矽晶圓之底部側完全接觸支撐表面。
支撐表面108之形狀為矩形且具有101mm之長度及101mm之寬度。
圖2顯示用於輻照半導體盤之本發明裝置之剖面圖，該裝置全都具有指派給其之參考號200。裝置200包含紅外發射體模組201、202、203、204，以及圖1中所述類型之支撐架100。
在圖2中使用與圖1相同之參考號之情況下，該等編號應以上文藉助圖1所闡釋之方式表示支撐架之相同或等效組件。
紅外發射體模組201、202、203、204之設計相同且發射具有在1,100nm至1,400nm範圍內之波長峰之紅外輻射。發射體模組201、202、 203、204具有12kW之標稱總功率。發射體模組中之每一者經構形具有八個圓柱形紅外發射體205。紅外發射體205在模組201、202、203、204中經適當地佈置使得其發射體管縱向軸垂直於支撐架100之支撐表面108延伸。
在圖2中，發射體模組201、202、203、204係分配至基板支撐元件101之橫向側104。在本發明裝置之替代實施例(未顯示)中，發射體模組201、202、203、204係分配至基板支撐元件101之縱向側105。此有利之處在於發射體模組201、202、203、204可經提供為具有較大尺寸使得可提供較高輻照功率。
紅外發射體205之相應發射體管係由石英玻璃製得；其具有14mm之外徑、1mm之壁厚度及300mm之長度。一條由鎢製得之加熱絲各自佈置在發射體管內側。此外，紅外發射體205之發射體管包含面向欲輻照之半導體盤206a、206b之側207及背對該欲輻照之半導體盤之側208。發射體管背對半導體盤206a、206b之側設有不透明石英玻璃之層，該層充當反射器。
參考支撐架100，圖2顯示穿過兩個基板支撐元件101之水平剖面。基板支撐元件101中之每一者包含兩個橫向側104及兩個縱向側105，其中紅外發射體模組201、202、203、204係分配至橫向側104。由於此佈置，可能置於支撐表面108上之半導體盤自兩個側經側向輻照。在紅外發射體相對於支撐架100之此類型佈置中，經插入基板一方面藉由紅外發射體模組201、202、203、204直接輻照。另一方面，擱板系統係由碳製得，其亦吸收輻射能量使得顯著分數之熱藉助擱板系統輸入基板中。在此類佈置中，依照常規，經插入基板之邊緣曝光於較基板中間更高之紅外輻照強 度。為使所得基板溫度差異減至最少，支撐表面108係由兩種複合組件(例如子鋁及碳)製得。
鋁具有209W/(m．K)之高導熱率且因此非常適合熱能之快速耗散及快速再分佈。相比之下，碳具有約17W/(m．K)之相當低的導熱率。因此，熱之分佈在碳中更緩慢進行。同時，碳材料具有良好熱容量(0.71kJ/kg．K，在T=20℃下)使得碳自身可吸收一定量之熱。
根據本發明自該等上文所提及材料鋁及碳之複合物製得之支撐表面108利用複合組件之該等不同性質。支撐表面108關於複合組件之分佈之可能改進顯示於圖5中。
置於支撐表面108上之半導體盤一方面藉由紅外發射體直接加熱且另一方面藉由支撐架間接加熱。用紅外輻射直接輻照半導體盤，使得其分配至橫向側104之區域被紅外發射體平均加熱得比該等半導體盤中分配至縱向側105且因此至支撐表面之縱向側之區域更加強烈。由於由第一複合組件(碳)製得且較佳地沿支撐表面之相應橫向側延伸之區係分配至橫向側104中之每一者，故一部分入射輻照能量由支撐表面108之碳區吸收。由於由鋁製得之中間區係在橫向側104上佈置在碳區之間，故達成縱向側支撐表面之邊緣至鋁區中間之快速熱分佈，具體而言使得基板內之任何溫度差異較快的平衡。
此外，兩種複合組件之質量經適當選擇使得碳部分之熱容量大於鋁部分。質量比為：30%鋁及70%碳。
圖3A顯示在藉由兩個紅外模組301a、301b用28kW之標稱功率側向輻照矽基板300之後的矽基板300之溫度分佈之模擬。紅外模組301a、301b各自包含紅外發射體。紅外發射體具有由石英玻璃製得之圓柱形發 射體管，該發射體管具有1m之發射體管長度。發射體管具有以下外部尺寸之橢圓形剖面：34mm×14mm。發射體管之壁厚度為1.6mm。
矽基板300具有100mm之寬度、100mm之長度及2mm之高度。矽基板300之拐角經修圓。
模擬係基於矽基板300之底部側接觸支撐表面全部由碳製得之支撐元件。熱傳遞至基板係藉由兩種機制進行，即藉由紅外輻射進行輻照及藉助支撐元件進行熱傳遞。
基板溫度在490.5℃至580.38℃之範圍內。由於圖4以深色調顯示較低及較高溫度，且僅在最小溫度與最大溫度之間之過渡區域以明亮色彩顯示，圖3B顯示圖3A之基板之簡化示意性繪示，自該圖易於明瞭低溫、中溫及高溫之區域。在該圖中，高溫之區域劃有深色陰影線，中溫之區域劃有較明亮陰影線，且低溫之區域劃有明亮陰影線。圖3B之主要目的係圖解說明圖3A。
圖4A同圖3A一樣亦顯示溫度分佈之模擬，其中差異在於在圖4A之模擬中矽基板300係支撐於支撐表面由鋁製得之支撐元件上。圖4B用於圖解說明圖4A，此類似於圖3B解釋圖3A。
圖3及4顯示由單一材料製得之支撐表面可與溫度分佈之不均質性相關。具體而言，圖3及4之比較顯示由碳製得之支撐表面與較由鋁製得之支撐表面更低之基板溫度相關[碳：約540℃；鋁：約780℃]。
基板溫度較低可藉由以下來解釋：自身由碳製得之基板支撐元件具有較大熱容量，使得基板支撐元件自身吸收部分熱且使得較低量之熱可用於加熱矽基板300。
圖5顯示可插入圖1之支撐架100中之本發明之基板支撐元件500、 520、540、560之四個不同實施例之俯視圖。基板支撐元件500、520、540、560各自包含兩個橫向側502、522、542、562及兩個縱向側501、521、541、561，基板支撐元件500、520、540、560經設計以用於圖2之裝置200中，其中一個紅外輻照源各自分配至橫向側502、522、542、562。由紅外輻照源發射之輻射之發射方向係由箭頭580指示。
此外，基板支撐元件500、520、540、560包含用於基板之支撐表面503、523、543、563，該支撐表面包含兩種複合組件，即具有在0.17W/(m．K)範圍內之導熱率之碳作為第一複合組件且具有約209W/(m．K)之導熱率之鋁作為第二複合組件。支撐表面503、523、543、563細分成由第一複合組件或第二複合組件製得之區。
圖5A之基板支撐元件500之支撐表面503包含三個區I、II、III。區I及III係由碳製得且區II係由鋁製得。區I及III之形狀係相同的，因為其各自包含具有抛物線輪廓之區段。區II緊密毗鄰區I、III。
基板支撐元件520(圖5B)之支撐表面523與支撐表面503之不同之處僅在於區I、II、III之形狀。區I及III亦具有帶有抛物線輪廓之區段，但該抛物線輪廓係扁平的。此外，區II不完全沿支撐表面之縱向側延伸。
圖5C顯示圖5A之區I、II及III之替代佈置。區I、III經設計為梯形。梯形區包含平直區段，且因此其製造較容易且低廉。
在圖5D中，支撐表面563包含四個區I、IIa、IIb、III。支撐表面563係細分成四個同等大小的區I、IIa、IIb、III。區I、IIa、IIb、III之形狀像等腰三角形。該區分佈之製造特別的容易且低廉。
圖6A顯示本發明基板支撐元件之頂部側之俯視圖，該本發明基板支撐元件具有分配給其之參考號600；圖6B顯示基板支撐元件600沿剖面軸 A-A‘之剖面圖。
基板支撐元件600包含呈凹陷形式之支撐表面601，該支撐表面包含兩種彼此連接之組件。第一複合組件603係由碳製得且形成一類支撐框用於第二複合組件602。第二複合組件係具有120mm之長度、120mm之寬度及1mm之高度之鋁板。
該鋁板係藉助橫向側605插入第一複合組件之固持器606中且以材料結合方式連接至該固持器。該鋁板經適當定尺寸使得可能置於支撐表面601上之基板排他性地接觸鋁板。
若用紅外輻射側向輻照基板支撐元件600，則主要加熱基板支撐元件600之邊緣區607。邊緣區607用作能量儲存器；鋁板實現自基板支撐元件之邊緣區607至中間區608之能量轉移。其顯示均一、均勻的溫度分佈且由此有助於均一的熱處理可置於支撐表面601上之基板。

Claims (13)

  1. 一種用於供熱處理基板(300)用之支撐架(100)之基板支撐元件(101；500；520；540；560；600)，其包含用於該基板(300)之支撐表面(108；503；523；543；563；601)，其特徵在於該基板支撐元件(101；500；520；540；560；600)係包含第一複合組件及第二複合組件之複合體，其中該第一複合組件具有在0.5W/(m．K)至40W/(m．K)範圍內之導熱率且該第二複合組件具有在70W/(m．K)至450W/(m．K)範圍內之導熱率，其中該第一複合組件係碳、碳化矽或黑化氧化鋯。
  2. 如請求項1之基板支撐元件(101；500；520；540；560；600)，其中該支撐表面(108；503；523；543；563；601)係由該第二複合組件製得且其中由該第一複合組件製得之邊緣區域毗鄰該支撐表面(108；503；523；543；563；601)。
  3. 如請求項1之基板支撐元件(101；500；520；540；560；600)，其中該支撐表面(108；503；523；543；563；601)包含該第一複合組件及該第二複合組件。
  4. 如請求項1至3中任一項之基板支撐元件(101；500；520；540；560；600)，其中該第一複合組件在20℃下具有至少0.7kJ/(kg．K)之比熱容量，較佳地在20℃下具有在0.7kJ/(kg．K)至1.0kJ/(kg．K)範圍內之比熱容量。
  5. 如請求項1至3中任一項之基板支撐元件(101；500；520；540；560；600)，其中該第一複合組件之質量及該第二複合組件之質量彼此適當地匹配，使得該第一複合組件之熱容量大於該第二組件之熱容量。
  6. 如請求項1至3中任一項之基板支撐元件(101；500；520；540；560；600)，其中該支撐表面(108；503；523；543；563；601)包含包括該第一複合組件之第一區(I,III)及包括該第二複合組件之第二區(II,IIa,IIb)。
  7. 如請求項6之基板支撐元件(101；500；520；540；560；600)，其中該第一區(I,III)包含形狀為橢圓形之區段。
  8. 如請求項1至3中任一項之基板支撐元件(101；500；520；540；560；600)，其中該第二複合組件含有金屬，較佳地鋁或其合金。
  9. 如請求項1至3中任一項之基板支撐元件(101；500；520；540；560；600)，其中其可被插入用於熱處理半導體盤(206a,206b)之支撐架(100)中。
  10. 一種用於熱處理基板(300)之支撐架(100)，其包含如前述請求項1至9中任一項之第一基板支撐元件(101；500；520；540；560；600)，及如前述請求項1至9中任一項之第二基板支撐元件(101；500；520；540； 560；600)，其中第一基板支撐元件及第二基板支撐元件(101；500；520；540；560；600)經適當佈置，使得其用於該基板(300)之各別支撐表面(108；503；523；543；563；601)相對於彼此平行延伸。
  11. 一種用於輻照基板(300)之裝置(200)，其包含至少一個如前述請求項1至9中任一項之基板支撐元件(101；500；520；540；560；600)，以及至少一個用於輻照該基板支撐元件(101；500；520；540；560；600)之紅外發射體(205)。
  12. 如請求項11之裝置(200)，其中該基板支撐元件(101；500；520；540；560；600)之該支撐表面(108；503；523；543；563；601)包含包括第一複合組件之第一區(I,III)及包括第二複合組件之第二區(II,IIa,IIb)，且其中其包含面向該紅外發射體(205)之橫向側以及兩個縱向側，其中該第一區(I,III)沿該橫向側延伸。
  13. 如請求項12之裝置(200)，其中該第二區(II,IIa,IIb)沿該等縱向側中之至少一者延伸。
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