(57)【要約】基板の熱処理のための支持ラック用の既知の基板支持要素は、基板用の支持面を有する。本発明の目的は、この点から、基板を可能な限り均質に加熱することを可能にする基板支持要素を特定することである。基板支持要素が、第1の複合材料と第2の複合材料とを含む複合体であって、前記第1複合材料の熱伝導率が0.5〜40W/（m・K）の範囲であり、前記第2複合材料の熱伝導率が70〜450W/（m・K）の範囲にある点で、本発明により、この目的は達成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（300）の熱処理のための支持ラック（100）のための、基板（300）のための支持面（108; 503; 523; 543; 563; 601）を備えた基板支持要素（101; 500; 520; 540; 560; 600）であって、該基板支持要素（101; 500; 520; 540; 560; 600）は、第1の複合材料と第2の複合材料とを含む複合体であり、前記第1の複合材料の熱伝導率が0.5〜40W /（m・K）であり、第2の複合材料の熱伝導率が70〜450W /（m・K）の範囲にあることを特徴とする基板支持要素（101; 500; 520; 540; 560; 600）。
【請求項２】
前記支持面（108; 503; 523; 543; 563; 601）は、前記第2の複合材料から製造されており、そして第１の複合材料から製造されているエッジ領域が、前記支持面（108; 503; 523; 543; 563; 601）に隣接していることを特徴とする請求項１に記載の基板支持要素（101; 500; 520; 540; 560; 600）。
【請求項３】
前記支持面（108; 503; 523; 543; 563; 601）は、前記第1および第2の複合材料を備えていることを特徴とする請求項１に記載の基板支持要素（101; 500; 520; 540; 560; 600） 。
【請求項４】
前記第1の複合材料が、少なくとも0.7kJ/（kg・K）、好ましくは、0.7kJ /（kg・K）から1.0kJ /（kg・K）の範囲の20℃における比熱容量を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板支持要素（101; 500; 520; 540; 560; 600）。
【請求項５】
前記第1の複合材料の質量と前記第2の複合材料の質量とが一致しており、これによって、第1の複合材料の熱容量が第2の複合材料の熱容量よりも大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の基板支持要素（101; 500; 520; 540; 560; 600）。
【請求項６】
前記支持面（108; 503; 523; 543; 563; 601）は、第1の複合材料を含む第1の領域（I、III）と、第2の複合材料を含む第2の領域（II、IIa、IIb）と備えていることを特徴とする請求項１または３から５のいずれか１項に記載の基板支持要素（101; 500; 520; 540; 560; 600）。
【請求項７】
前記第1の領域（I、III）は、楕円形の断面を含むことを特徴とする請求項６に記載の基板支持要素（101; 500; 520; 540; 560; 600）。
【請求項８】
前記第1の複合材料は、カーボン、炭化ケイ素又は黒化酸化ジルコニウムであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の基板支持要素（101; 500; 520; 540; 560; 600）。
【請求項９】
前記第2の複合材料が、金属、好ましくはアルミニウムまたはその合金を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の基板支持要素（101; 500; 520; 540; 560; 600）。
【請求項１０】
半導体ディスク（206a、206b）の熱処理のために支持ラック（100）に挿入することができることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の基板支持要素（101; 500; 520; 540; 560; 600）。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の第1の基板支持要素（101; 500; 520; 540; 560; 600）と、請求項1〜10のいずれか１項に記載の第2の基板支持要素（101; 500; 520; 540; 560; 600）を備え、第1および第2基板支持要素（101; 500; 520; 540; 560; 600）は、基板（300）のそれぞれの支持面（108; 503; 523; 543; 563; 601）が互いに対して平行に延びるように配置されている、基板（300）の熱処理のための支持ラック（100）。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の少なくとも1つの基板支持要素（101; 500; 520; 540; 560; 600）、並びに基板支持要素（101; 500; 520; 540; 560; 600）を照射するための少なくとも1つの赤外線エミッタ（205）を含む、基板（300）を照射するための装置（200）。
【請求項１３】
前記基板支持要素（101; 500; 520; 540; 560; 600）の前記支持面（108; 503; 523; 543; 563; 601）は、第1の複合材料を含む第1の領域（I、III）と、第2の複合材料を含む第2の領域（II、IIa、IIb）とを含み、また前記支持面（108; 503; 523; 543; 563; 601）は、赤外線エミッタ（205）に対向する横方向側辺部と、２つの長手方向長辺部を備え、これによって、前記第1の領域（I、III）は横方向側辺部に沿って延びている請求項１２に記載の装置（200）。
【請求項１４】
前記第2の領域（II、IIa、IIb）は、前記長手方向長辺部の少なくとも1つに沿って延びていることを特徴とする請求項１３に記載の装置（200）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の熱処理のための支持ラックのための、基板の支持面を備えた基板支持要素に関する。
さらに、本発明は、基板の熱処理のための支持ラックおよび基板の照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の範囲内の支持ラックは、複数の基板を実装するため、特に半導体ディスク（ウエハ）を実装するために使用される。 支持ラックの一般的な用途は、半導体産業または光起電力産業におけるシリコンウエハの熱処理である。 既知の支持ラックは、各々が1つの基板を配置することができる複数の基板支持要素を備えている。 この目的のために、基板支持要素は、例えば、窪みの形態の支持面を備えている。
【０００３】
シリコンウエハの製造および処理中、シリコンウエハは定期的に熱処理を受ける。熱処理のためのエネルギー源としては、ほとんどの場合、赤外線エミッタが使用される。
シリコンウエハは、上面および底面を備える薄い円板状の基板である。 赤外線エミッタが基板の上面および/または底面に割り当てられて、前記基板の良好で均質な熱処理がなされる。 これには、照射されるウエハの上方及び/又は下方に比較的大きな作業スペースが存在している必要がある。
【０００４】
ウエハに完全に合致するように構成された、熱処理に供給される支持ラックに、ウエハが配置される場合、ウエハの熱処理におけるより高いスループット（処理量）が達成される。
【０００５】
このタイプの支持ラックは、しばしば垂直ラックである。それらは実質的に、複数のスリット付きクロスバーによって互いに連結された上部および下部規定プレートからなる。半導体技術を有するウエハの処理の間、前記支持ラックは、炉、コーティング設備またはエッチング設備で使用されるが、ウエハの搬送および保管のためにも使用される。この種の支持ラックは、例えばDE 20 2005 001 721 U1から公知である。
【０００６】
しかしながら、支持ラックは、支持ラックに括られたウエハ間にわずかな組立スペースしか残さず、赤外線エミッタを支持ラックの側面に配置しなければならないという点で不利である。このタイプの配置は、ウエハの中央部に比べてウエハの端部をより強く照射しなければならないことになる。ウエハの不均一な照射は、ウエハの品質を損なう可能性がある。さらに、プロセス時間は、ウエハの中央部を含めて、選択された温度に達するまでの時間に依存する。従って、側面からのウエハの放射はまた、より長い処理時間に関連する。
【０００７】
さらに、棚システムの途中に複数のレベルを有する支持ラックも知られている。 これらの支持ラックでは、1つまたは複数の基板（ウエハ）がそれぞれ個々のレベルに配置される。このタイプの支持ラックは、1部品または複数部品（例えば、複数の支持要素）の設計で提供され得、前記複数部品はそれぞれ、保持フレームに保持された別個のレベルを形成するように提供され得る。棚システムのタイプの支持ラックにおいて、熱供給は、一方では基板の照射によって直接的に、他方ではそれぞれの棚レベルからの熱伝達によって間接的に2つの機構によって行われる。しかしながら、ラックのような棚の使用は、赤外線エミッタをラックに隣接する側に配置する必要があり、しばしば基板温度の不均質な分布につながるという点で問題を伴う。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、基板を可能な限り均一に加熱することを可能にする基板ラックのための基板支持要素を提供することにある。
また、本発明は、基板を可能な限り均一に加熱することができる支持ラック及び/又は照射設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
基板支持要素に関して、上記目的は、基板支持要素が第1の複合材料と第2の複合材料とを含む複合体であるという点で、上述した種類の基板支持要素に基づいて本発明により解決される。第1複合材料の熱伝導率は0.5〜40W /（m・K）であり、第2複合材料の熱伝導率は70〜450W /（m・K）である。
【００１０】
基材の熱処理のために使用される基材支持要素は、通常、その良好な温度安定性および良好な耐薬品性によって本質的に特徴づけられる単一の均質材料から製造される。特に半導体製造では、半導体部品の歩留まりおよび電気的性能は、半導体製造中の不純物による半導体材料の汚染を防止することができる程度によって本質的に支配される。前記汚染は、例えば、プロセスで使用される装置によって引き起こされ得る。
【００１１】
単一の材料から製造された従来の基板支持要素の横方向の照射は、その上に置かれた基板の温度差に関連することがしばしば観察される。その理由は、前記基板支持要素がエッジ領域と中間領域とを備え、それによって放射源に面する基板支持要素のエッジ領域が、例えば中間領域よりも強く加熱されるからである。基板支持要素の付随する温度差も基板温度に反映される。
【００１２】
本発明によれば、基板支持要素は、それらの熱伝導率が異なる少なくとも2つの複合材料を含む複合体である。これに関連して、第1複合材料の熱伝導率は0.5〜40W /（m・K）の範囲であり、第2複合材料の熱伝導率は70〜450W /（m・K）の範囲である。
【００１３】
熱伝導率は、熱伝導係数とも呼ばれ、物質固有の物理的パラメータである。それは材料内の熱伝導による熱伝達の尺度である。熱伝導のためには、温度差の存在が前提である。金属は通常、導電性電子によって金属中で良好に輸送される熱エネルギーに基づいて良好な熱伝導率を有する。以下の表1は、例示的な方法によるいくつかの材料の熱伝導率を列挙している。
【００１４】
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【００１５】
可能な限り均質である基板上の温度分布を達成するために、複合合成物は、それらが温度バランスに作用するように適切に選択される。
最も単純な場合には、比較的高い照射強度に曝され、高温が予期される基板支持要素の領域は、第1の複合材料から製造され、低温が予想される領域は第2の複合材料から製造される。
【００１６】
より高い熱伝導率を有する第2の複合材料から製造される、低温が予見される基板支持要素の領域に起因して、熱エネルギーは、該領域に容易に伝達され、例えば縁部領域から中間領域に至るようにして、該領域に均質に分配される。第1の複合材料から製造された基板支持要素の領域は高エネルギー入力に曝されるが、エネルギーの直接伝達は第1の複合材料の低い熱伝導率によって打ち消される。本発明による基板支持要素は複合体であるので、第2の複合材料は、第1の複合材料に導入された熱エネルギーを可能な限り均質に基板支持要素全体に分配することができ、基板上の高温領域が同時に低減される。
【００１７】
複合材料の物質の特性および幾何学的形状は、複合体の特性についての重要事項である。特にサイズ効果が重要である。第1および第2の複合材料は、材料結合方法で、またはフォームフィットにより、あるいはそれら2つの組み合わせによって結合される。第1および/または第2の複合材料から製造される支持表面領域のサイズ、形状および数は、照射の形式、特に照射パワー、放射線源および基板からの距離に依存しているので、照射状況に規則的に適合することが有利である。
【００１８】
本発明による基板支持要素の好ましい改良は、第2の複合材料から製造される支持面を提供し、また、第1の複合材料から製造された、支持面に隣接するエッジ領域を提供する。
【００１９】
第2の複合材料から製造される支持面は、良好な熱伝導性のために均一な基板温度に寄与する。支持面は、少なくとも部分的に、第1の複合材料から製造されたエッジ領域によって取り囲まれているので、基板支持要素（例えばその側面で）に導入された熱エネルギーは、該支持面への均質な伝達のために、第1の複合材料の比較的低い熱伝導率の故に、最初に、エッジ領域に蓄えられ、次いで第2の複合材料によって支持面の方向に伝達される。
【００２０】
支持面は、エッジ領域によって完全にまたは部分的に取り囲まれ得る。最も簡単な場合には、エッジ領域は、熱入力に直接的に、例えば放射源に面する基板支持要素の側に曝される一方の側にのみ割り当てられる。
支持面を完全に包囲するエッジ領域は、同様に有利であることが判明している。この場合、エッジ領域は、エネルギーが貯蔵され、支持面の加熱のために均一に利用可能となるエネルギー貯蔵器として機能する。エネルギー輸送は、第2の複合材料から作られた支持面によって提供される。これに関連して、支持面は、上面と底面とを持つ、第2の複合材料で作られたディスク形状の支持要素によって形成され、支持要素の上側および/または下側で、少なくとも部分的に、エッジ領域が重なり合うようにすることが特に有益であることが判明している。エッジ領域と支持要素の重なりにより、第1の複合材料と第2の複合材料との間の接触領域は、第1の複合材料から第2の複合材料への特に効率的な熱伝達が可能になるように拡大される。
また、本発明による基板支持要素の別の改良では、支持面は、第1および第2の複合材料を含む。
【００２１】
従来の基板支持要素は、支持面が支持要素と同じ材料からなるように単一の材料から製造される。 支持された基板は、通常、照射の際に温度差を示す。 これに関連して、特に、放射源に面する基板及び基板支持要素の側面は、例えばその中間領域よりも強く加熱される。
【００２２】
これとは対照的に、本発明による基板支持要素に変更された支持面を提供することが特に好適であることが判明しており、これによって、変更支持面の物理的特性は支持面およびその上に置かれる基板の側方照射に適応する。
【００２３】
最も単純な場合には、適応基板温度が低いと予想される支持面の領域は、より高い熱伝導率を有する第2の複合材料から製造される。これは、例えば、支持面の中央領域に適用されることが多い。支持面がこの領域で良好な熱伝導率を有する場合、熱エネルギーはこの領域に容易に伝達され、この領域、例えばエッジ領域から中間領域に均質に分配することができる。好ましくは、放射線源に対するそれらの位置によってより強く加熱されることが期待される支持面の領域は、第1の複合材料から製造される。これらの領域は依然として高いエネルギー入力にさらされているが、低い熱伝導率によってエネルギーの伝達が妨げられる。これにより、基板上の高温領域の表面積が最小化される。
【００２４】
第1の複合材料が、20℃で少なくとも0.7kJ /（kg・K）の比熱容量を有することが特に好適であることが証明されており、好ましくは20℃での比熱容量が0.7 kJ /（kg・K）から1.0kJ /（kg・K）の範囲である。
物質の比熱容量は、物質の所定量が1Kだけ温度変化したときに取り込むことができる熱量、すなわち物質が熱エネルギーを吸収して蓄えることができる程度の尺度である。第1の複合材料が少なくとも0.7kJ /（kg・K）の熱容量を有する場合、それは比較的大きな熱エネルギー量を占める可能性がある。これにより、支持面上に置かれる可能性がある基板によって吸収されるエネルギーの量が減少する。したがって、第1の複合材料の熱容量が大きいほど、基板によって吸収され得る熱量がより低くなり、したがって、基板温度がより低くなる。
好ましくは、第1の複合材料は、対応基板温度が高いと予想される支持面の領域、例えば支持面のエッジ領域に割り当てられる。 それらの熱伝導率に基づいて複合材料を適切に選択することと組み合わせて、上記の範囲の熱容量を有する複合材料を使用することは、基板温度の差を均衡させるために追加の寄与をする。
【００２５】
下記の表2は、T = 20℃での例示的な方法でのいくつかの材料の比熱容量を列挙している。
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【００２６】
本発明による基板支持要素の好ましい変更は、第1の複合材料の熱容量が第2の成分の熱容量よりも大きくなるように、第1の複合材料の質量と、支持表面の第2の複合材料の質量とを互いに適合させることである。
複合材料の熱容量は、とりわけ、それらの質量に依存する。複合材料の質量が大きいほど熱容量が大きくなる。さらに、複合材料の熱容量は、支持面上に置かれ、赤外線で照射される基板内の温度分布に影響を及ぼす。複合材料の熱容量は、供給された熱量とそのようにして達成された加熱の比率であると理解されるべきである。熱容量が大きければ大きいほど、複合材料を1Kだけ加熱するために複合材料に大きなエネルギーを供給する必要がある。第1の複合材料は、好ましくは対応する基板温度がより高い支持面の領域に割り当てられる。第1の複合材料の熱容量が第2の複合材料の熱容量より大きい場合、第1の複合材料を有する領域は、あまり強く加熱されない。対照的に、第2の複合材料を有する領域は、より強く加熱される。これは、基板温度の差のバランスをとることに寄与する。これに関連して、第1の複合材料の熱容量を第2の複合材料の熱容量よりも少なくとも30％大きくすることが好都合であることが判明している。好ましくは、支持面は水平面として設けられる。
水平な表面は、例えば研磨による低生産努力によって製造することができる。加えて、基板も平坦であり、支持面との可能な限り大きな接触面積を有することが有利である。これは、接触表面によって基板上にできるだけ均質に分布している熱の量に寄与する。
【００２７】
支持面上に置かれた基板は、支持面上に完全にまたは部分的に載置することができる。好ましくは、支持面上に置かれた基板は、その接触面によって支持面上に完全に載る。これは、可能な限り均質な基材の加熱が可能となるように、接触面の温度をできるだけ支持面を介して調節することができる点で有利である。
【００２８】
好ましくは、基材の支持面の大きさは、10,000mm2〜160,000mm2の範囲、特に好ましくは10,000mm2〜15,000mm2の範囲である。
支持面が大きいほど、支持面を均質な温度にすることがより困難になる。 10,000mm2から160,000mm2の範囲の支持面は、例えば半導体ウエハなどの共通基板の収容に十分に大きい。同時に、前記支持面の温度を十分に均一に保つことができる。さらに、160.000mm2を超える支持面は製造が困難である。
支持面のサイズが10,000mm2から15,000mm2の範囲にあることが特に好都合であることが判明している。この範囲の支持面は、特に電子部品の製造、例えば、集積回路の製造において使用されるタイプのウエハの収容に適している。これに関連して、支持面が正方形または円形であることが好都合であることが判明している。正方形の支持面を参照すると、そのサイズは、好ましくは100mm×100mmと122mm×122mmの間であり、円形の支持面の支持表面直径は、好ましくは56mmと120mmの間である。
【００２９】
支持面が、第1の複合材料を含む第1の領域と、第2の複合材料を含む第2の領域とを含むことが好都合であることが判明している。
領域という用語は、専ら第1の複合材料からなる支持面の領域を意味すると理解されるべきである。最も単純な場合、第1の領域と第2の領域は、互いに直接隣接している。しかし、それらは状況に整合するように、互いから離れて位置することができる。領域の使用は、容易かつ安価に製造することができ、お互いに接合できるという点で有利である。第1および第2の領域の接合は、好ましくはフォームフィット（form-fit）によって行われるが、例えば溶接または接着などの材料結合方式で行うこともできる。フォームフィット（form-fit）と材料結合の組み合わせも可能である。フォームフィット接合のみで行うのが、生産が特に容易であるという点で有利である。
【００３０】
第1の領域は、楕円形のセクションを持つことが有利である。
ディスク状の水平基板上の温度分布パターンは、しばしば、楕円形のセクションを有する等温線を持つ。したがって、第1の領域を等温線の形状に適合させることが好都合であった。第2の領域もまた、楕円形のセクションを含むことが好ましい。第1および第2の領域が互いに直接隣接し、第1の領域が楕円形状セクションを構成し、第2の領域が第1の形状セクションに対応する第2の楕円形状セクションを含むことが特に好適である。
【００３１】
本発明による基板支持要素の好ましい改良では、第1の複合材料は、カーボン、炭化ケイ素又は黒化酸化ジルコニウムである。
上記で特定された材料は、上記の範囲の良好な熱伝導率だけでなく、良好な温度安定性および良好な化学的安定性も含む。
これに関連して、第2の複合材料は、金属、好ましくはアルミニウムまたはその合金、または高温耐性鋼を含むことが好都合であった。
【００３２】
金属は通常、熱エネルギーを伝導電子によって金属中を伝達できるという事実に基づいて良好な熱伝導率を有する。特に、アルミニウムは、高温で十分な化学的安定性を示し、したがって、複合材料としての使用に適している。
【００３３】
有利には、基板支持要素は、半導体ウエハの熱処理用の既知の支持ラックに使用することができる。
【００３４】
基板の熱処理用の前記指示ラックに関し、上述の目的は、上記で特定した下記のタイプの支持ラックに基づいて、本発明により解決される。即ち、本発明の支持ラックは、第1の基板支持要素と第2の基板支持要素とを備え、第1および第2の基板支持要素は、基板のそれぞれの支持面が互いに平行に延びるように適切に配置されている。
【００３５】
本発明による支持ラックは、特に、半導体ディスク（シリコンウエハ）の熱処理のために設計されている。この場合、これらの基板支持要素の支持面は、互いに平行に配置される。好ましくは、第1および第2の支持要素は、基板を収容するように設計された棚の方法で配置される。棚状の支持ラックの使用は、加熱に必要なエネルギーが、一方では、基板の直接照射によって直接的に、他方では、照射処理中にも加熱される支持ラックそれ自体によって、熱伝導により間接的に、提供される点で有利である。支持ラックは、ワンパーツまたはマルチパーツの設計が可能である。これは、少なくとも2つの基板支持要素を含む。
【００３６】
従来の基板支持要素の支持面は、通常、支持要素と同じ材料からなる。対照的に、本発明による支持ラックは、異なる熱伝導率を有する少なくとも2つの複合材料を含む複合体の形態の支持要素を備えている。これに関連して、第1複合材料の熱伝導率は0.5〜40W /（m・K）であり、第2複合材料の熱伝導率は70〜450W /（m・K）の範囲である。
【００３７】
上述したように、複合材料は、それらが温度バランスに作用するように適切に選択される。これにより、基板上の可能な限りの均質な温度分布が得られる。
【００３８】
基板の照射装置を参照すると、上記で特定された目的は、少なくとも1つの基板支持要素と、基板支持要素を照射するための少なくとも1つの赤外線エミッタを備える本発明による装置により達成される。
このタイプの装置は、半導体ディスク（シリコンウエハ）の照射によく適している。それは少なくとも1つの赤外線源を備え、物質の熱処理に使用することができる。赤外線エミッタは、基板支持要素、特に支持面およびその上に配置された基板の照射のために設計される。赤外線エミッタは、好ましくは、基板支持要素の支持面に対して垂直に平行にまたは斜めに延びる縦軸を含む。
【００３９】
この装置は、変更された支持面が設けられた本発明の範囲内の少なくとも1つの基板支持要素を備える。前記支持面は、異なる熱伝導率を有する少なくとも2つの複合材料を含む。これに関連して、第1複合材料の熱伝導率は0.5〜40W /（m・K）であり、第2複合材料の熱伝導率は70〜450W /（m・K）である。複合材料の物理的特性は、支持面および場合によってはその上に配置される基板の横方向照射に適合される。
【００４０】
可能な限り均質である基板上の温度分布を達成するために、複合合成物は、それらが温度バランスに作用するように適切に選択される。最もシンプルな場合、低い対応する基板温度が期待される支持面の領域は、より高い熱伝導率を有する第2の複合材料から製造される。これは、例えば、支持面の中央領域に適用されることが多い。支持面がこの領域で良好な熱伝導率を有する場合、熱エネルギーはこの領域に容易に伝達され、この領域、例えばエッジ領域から中間領域に均質に分配することができる。好ましくは、放射線源に対するそれらの位置によりより強く加熱されることが予想される支持面の領域は、第1の複合材料から製造される。これらの領域は依然として高いエネルギー入力にさらされているが、低い熱伝導率によってエネルギーの伝達が妨げられる。この手段により、基板上の高温領域のサイズが最小限に抑えられ、可能な限り均質に基板の加熱が促進される。
【００４１】
これに関連して、基板支持要素の支持面は、第1の複合材料を含む第1の領域と、第2の複合材料を含む第2の領域とを備え、赤外線エミッタに面する横方向側辺部と2つの長手方向長辺部を有することが好ましいことが判明しており、第1の領域は、横方向側辺部に沿って延びる。
横方向側辺部は、赤外線エミッタに規則的に割り当てられており、従って、最も高い照射強度に曝される。横方向側辺部は赤外線エミッタに対して最短距離にある。横方向側辺部に沿って延在する第1の領域は、横方向側辺部の領域内の温度を可能な限り低く保ち、高温の領域が広がるのを阻止することに寄与する。
これに関連して、第2の領域が少なくとも1つの長手方向長辺部に沿って延びることが特に有利であることが判明している。
【００４２】
基板の温度は、基板の中央よりも長手方向長辺部の側で周期的に高い。これは、通常、基板の端部が中央部よりも急速に加熱されることに関連する。少なくとも1つの、好ましくは両方の長手方向長辺部に沿って延びる第2の領域は、熱を縁部から中間部に伝達することを可能にする。この目的のために、第2の領域は、その高い熱伝導率のために基板内の急速な温度バランスに寄与する第2の複合材料から作られる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
本発明は、例示的な実施形態および図面に基づいて以下より詳細に説明される。
【図１】本発明による複数の基板支持要素が棚システムの方法で積み重ねられた、基板の熱処理のための本発明による支持ラックの実施形態を示す図である。
【図２】基板の照射のための本発明による装置の一実施形態の断面図を示す。
【図３】カーボンで作られた支持面上のシリコン基板の表面温度を示す温度分布ダイヤグラムと、温度分布を示す概略図である。
【図４】アルミニウムで作られた支持面上のシリコン基板の表面温度を示す温度分布ダイヤグラムと、温度分布を示す概略図である。
【図５】本発明による基板支持要素の様々な実施形態の上面図を示す。
【図６】本発明による基板支持要素の一実施形態の上面図（A）および断面図（B）を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
図1は、本発明による支持ラックの一実施形態の斜視図を示し、全体として参照番号100が割り当てられている。支持ラック100は、半導体/光電池産業におけるシリコンウエハの熱処理用に設計されている。棚の形態の前記支持ラックは、英語圏の国では「スタック」とも呼ばれる。支持ラック100は、複数の基板支持要素101を備える。提示の簡略化のために、図1は、例示的な目的のための10個の基板支持要素101の配置を示す。基板支持要素101は設計上同一である。支持ラック100は、垂直方向103に互いに積み重ねられた5つの基板支持要素101を含む。さらに、支持ラックは水平方向102に延在し、ここでは、2つの基板支持要素101がそれぞれ各レベルで互いに隣接して配置されている。
【００４５】
前記基板支持要素101のうちの1つを例示的な目的のために以下に詳細に例示する。
【００４６】
基板支持要素101はカーボンから作られており、 2つの長手方向の長辺部104と2つの横方向の側辺部104とを備える。2つの横方向の側辺部104は、それぞれ２つの突起106を有し、それぞれにより、基板支持要101はクロスバー107に取り付けられ得る。円筒形状のクロスバー107はスチール製であり、それぞれに雄ねじが設けられている。基板支持要素101は、基板支持要素101をクロスバー107にねじ止めすることができるように、雌ねじを有する対応するボアホールを備える。ねじの直径は8mmである。クロスバー107は円形の半径方向断面を有し、クロスバーの直径は8mmである。
【００４７】
基板支持要素101は、200mmの長さ（突出長さ30mmの突起106を含む長手方向長辺部105に対応する）および150mmの幅（横方向側辺部104に対応する）を有する。基板支持要素101の厚さは2mmである。基板支持要素101の上側には、半導体ディスク用の支持面108が矩形の窪みとして設けられている。
【００４８】
支持面108の領域において、基板支持要素101は、2つの複合材料、すなわち、第1の複合材料カーボン（熱伝導率：17W /（m・K））および第2の複合材料アルミニウム（熱伝導率：209W /（m・K））で作られている。支持面108上に配置される可能性のあるシリコンウエハがその底面によって支持面に完全に接触するように、適切に寸法決めされている。
【００４９】
支持面108は長方形であり、長さ101mmであり、幅101mmである。
【００５０】
図2は、半導体ディスクを照射するための、本発明による装置の断面図を示しており、この装置には、参照番号200が割り当てられている。装置200は、赤外線エミッタモジュール201,202,203,204、並びに図1に示されたタイプの支持ラック100を備える。
【００５１】
図1と同じ参照番号が図2で使用されている限り、これらの番号は、図1によって上に示された方法で支持ラックの同一または同等の構成要素を示すものとする。
【００５２】
赤外線エミッタモジュール201,202,203,204は、設計が同一であり、1,100nm〜1400nmの範囲の波長ピークを有する赤外線を放射する。エミッタモジュール201,202,203,204の公称総電力は12kWである。各エミッタモジュールは8つの円筒形の赤外線エミッタ205を有するように構成されている。赤外線エミッタ205は、エミッタチューブの長手方向軸が支持ラック100の支持面108に対して直角に延びるように、モジュール201,202,203,204に適切に配置されている。
【００５３】
図2において、エミッタモジュール201,202,203,204は、基板支持要素101の横方向側辺部104に割り当てられている。本発明による装置の別の実施形態（図示せず）では、エミッタモジュール201,202,203,204は基板支持要素101の長手方向の長辺部105に割り当てられる。これは、より大きな照射パワーが提供されるように、エミッタモジュールが201,202,203,204が、より大きな寸法を有するように提供され得る点で有利である。
【００５４】
赤外線エミッタ205の対応するエミッタチューブは、石英ガラスで作られ、外径14mm、肉厚1mm、長さ300mmである。エミッタチューブの内側には、それぞれタングステン製の加熱フィラメントが1つ配置されている。また、赤外線エミッタ205のエミッタチューブは、照射される半導体ディスク206a、206bに対向する側面207と、離れて対向する側部208とを備える。エミッタチューブの、半導体ディスク206a、206bから離れて面する側には、反射体として作用する不透明な石英ガラスの層が設けられている。
【００５５】
支持ラック100を参照すると、図2は、2つの基板支持要素101を通る水平断面を示している。基板支持要素101の各々は、2つの横方向側辺部104と2つの長手方向長辺部105を備え、これにより、赤外線放射モジュール201,202,203,204は、前記横方向側辺部に割り当てられる。この配置により、支持面108上に配置される半導体ディスクは、2つの側面から横方向に照射される。支持ラック100に対するこの種の赤外線エミッタの配置では、挿入された基板は、一方では、赤外線エミッタモジュール201,202,203,204によって直接照射される。他方、棚システムは、カーボンでできており、これはまた、放射エネルギーを吸収して、基板への熱入力の重要でなくはない部分が棚システムによって生じるようにする。この種の構成では、挿入された基板の縁部は、原則として基板の中央部よりも高い赤外線照射強度にさらされる。基板温度の結果として生じる差異を最小限に抑えるために、支持面108は、例えばアルミニウムとカーボンの2つの複合材料から作られる。
アルミニウムは209W /（m・K）という高い熱伝導率を持つため、熱エネルギーの迅速な散逸と迅速な再分配に適している。対照的に、カーボンは約17W /（m・K）の比較的低い熱伝導率を有する。その結果、カーボンの熱分布はよりゆっくりと進行する。同時に、カーボン材料は、カーボンが一定量の熱を取り込むことができるように、良好な熱容量（T = 20℃で0.71kJ / kg・K）を有する。
上記の材料であるアルミニウムとカーボンとの複合材料から本発明に従って製造された支持面108は、複合材料のこれらの異なる特性を利用する。複合材料の分布に関する支持面108の可能な改良を図5に示す。
支持面108上に載置された半導体ディスクは、一方では赤外線エミッタによって直接加熱され、他方では支持ラックによって間接的に加熱される。半導体ディスクに放射赤外線を直接照射することにより、横方向側辺部104に割り当てられた該ディスクの領域が、長手方向長辺部105、したがって支持面の長手方向側部に割り当てられた領域より、赤外線エミッタにより平均的により強く加熱される。
【００５６】
第1の複合材料（カーボン）でできており、好ましくは支持面の対応する横方向側面に沿って延びて横方向側辺部104のそれぞれに割り当てられている領域により、入射照射エネルギーの一部は支持面108のカーボン領域によって吸収される。アルミニウムでできた中間領域は、横方向側辺部104上のカーボン領域の間に配置されているため、支持面の長手方向長辺部の縁部からアルミニウム領域の中央部への急激な熱分布、特に、基板内のあらゆる温度差が、より急速に均衡するようにされている。
【００５７】
さらに、カーボン分画の熱容量がアルミニウム分画の熱容量よりも大きくなるように、2つの複合材料の質量が適切に選択される。質量比は、アルミニウム30％、カーボン70％である。
【００５８】
図3のAは、2つの赤外線モジュール301a、301bによる公称電力28kWのシリコン基板300の横方向照射後の、シリコン基板300上の温度分布のシミュレーションを示す。赤外線モジュール301a、301bはそれぞれ、赤外線エミッタを備える。赤外線エミッタは、長さ1mのエミッタチューブを有する石英ガラス製の円筒形状のエミッタチューブを有する。エミッタチューブは、34mm×14mmの外寸の楕円形断面を有する。エミッタチューブの肉厚は1.6 mmである。
【００５９】
シリコン基板300の幅は100mm、長さは100mm、高さは2mmである。シリコン基板300の角部は丸みを帯びている。
【００６０】
シミュレーションは、シリコン基板300が、その底面側で、支持要素に、完全にカーボンで作られている支持面で接触していることに基づいている。基板への熱伝達は、2つのメカニズム、すなわち、赤外線による照射および支持要素による熱伝達によって行われる。
【００６１】
基板温度は、490.5℃〜580.38℃の範囲内である。図4は暗い色で低温と高温の両方を示し、最低温度と最高温度の間の遷移領域のみが明るい色で示されているので、図3のAの基板の簡略化された概略図を示す図３のＢは、中温および高温を容易に明らかにする。図中、高温部は暗く、中間部は比較的明るく、低温部は明るくハッチングされている。図3のBの主な目的は、図3のAを説明することである。
【００６２】
図4のAはまた、図3のAのような温度分布のシミュレーションを示しているが、その違いは、シリコン基板300が、図4のAによるシミュレーションにおいて支持面がアルミニウムからなる支持要素上に支持されていることである。図4のBは、図3のAを説明する図3のBと同様の図4のAを説明するためのものである。
【００６３】
図3および図4は、単一の材料から作られた支持面が温度分布の不均一性と関連し得ることを示す。特に、図3と図4の比較は、カーボンで作られた支持面と、アルミニウムで作られた支持面を比較して、低い基板温度に関連することを示す[カーボン： 約540℃;アルミニウム：約 780℃]。
【００６４】
基板温度がより低いことは、基板支持要素自体が熱の一部を吸収し、より少ない熱量がシリコン基板３００を加熱するのに利用できるというような熱容量が大きいカーボン自体からなる基板支持要素によって説明することができる。
【００６５】
図5は、図1による支持ラック100に挿入することができる本発明による基板支持要素500,520,540,560の4つの異なる実施形態の上面図を示す。基板支持要素500,520,540,560は、それぞれ2つの横方向側辺部502,522,542,562と、2つの長手方向長辺部501,521,541,561とを備える。基板支持要素500,520,540,560は、図2の装置200での使用のために設計されており、これによって、1つの赤外線放射源は、それぞれ側辺部502,522,542,562に割り当てられている。赤外線放射源によって放出された放射の放射方向は、矢印580によって示されている。
【００６６】
さらに、基板支持要素500,520,540,560は、2つの複合材料、すなわち第１の複合材料としての、熱伝導率が0.17W /（m）のカーボン、および第2の複合材料としての、約209W /（m・K）の熱伝導率を有するアルミニウムを含む基板用の支持面503,523,543,563を備えている。支持面503,523,543,563は、第1の複合材料または第2の複合材料のいずれかから製造される領域に細分される。
【００６７】
図5のAによる基板支持要素500の支持面503は、3つの領域I、II、IIIを備えている。領域Iおよび領域IIIはカーボンで製造され、領域IIはアルミニウム製である。領域Iと領域IIIの形状は、それぞれが放物線状のセクションを備えるので同一である。領域IIは領域I、IIIに直接隣接している。
基板支持要素520（図5のB）の支持面523は、領域I、II、IIIの形状によってのみ支持面503と異なる。領域Iと領域IIIは放物線状のセクションを持っているが、平坦化されている。さらに、領域IIは、支持面の長手方向長辺部に完全に沿うところまでは延びていない。
【００６８】
図5のCは、図5のAからの領域I、II、およびIIIの変形配置を示す。領域I、IIIは台形に設計されている。台形領域は直線状の断面を有しているため、製造が容易で安価である。
図5のDにおいて、支持面563は4つの領域I、IIa、IIb、IIIを含む。支持面563は、4つの等しいサイズの領域I、IIa、IIb、IIIに細分される。領域I、IIa、IIb、IIIは二等辺三角形のような形状をしている。この領域分布は、特に容易であり、安価に製造することができる。
【００６９】
図6のAは、参照番号600が割り当てられた本発明による基板支持要素の上面の上面図を示す。図6のBは、断面軸A-A 'に沿った基板支持要素600の断面図を示す。
【００７０】
基板支持要素600は、互いに接続された2つの構成要素を含む窪みの形態の支持面601を備える。第1の複合材料603は、カーボンから作られ、第2の複合材料602のための一種の支持フレームを形成する。第2の複合材料は、長さが120mm、幅が120mm、高さ1mmのアルミニウム板である。
【００７１】
アルミニウム板は、横断面605によって、第1の複合材料のホルダ606に挿入され、材料を結合する方式でそれに接続される。アルミニウム板は、支持面601上に載置される基板がアルミニウム板に専ら接触するように、適切に寸法決めされる。
【００７２】
基板支持要素600に赤外線を横方向に照射すると、主に基板支持要素600のエッジ領域607が加熱される。エッジ領域607は、エネルギー貯蔵の役割を果たす。アルミニウム板はエッジ領域607から基板支持要素の中間領域608へのエネルギー移動を行う。これは、均一で均質な温度分布を示し、したがって、支持面601上に配置され得る基板の均一な熱処理に寄与する。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【国際調査報告】
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