УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОДЛОЖКИ, НОСИТЕЛЬ И ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ПОДДЕРЖКИ ПОДЛОЖКИ ДЛЯ ЭТОГО УСТРОЙСТВА
DEVICE FOR HEAT TREATING SUBSTRATE, CARRIER AND ELEMENT FOR SUPPORTING SUBSTRATE THEREFOR

Область техники
Изобретение относится к устройству для термической обработки подложки, причем устройство имеет нагревательный узел и носитель, снабженный опорной поверхностью для поддержания подложки.
Данное изобретение, кроме того, относится к носителю для термической обработки подложки, имеющему по меньшей мере одну опорную поверхность для подложки.
Дополнительно, изобретение относится к элементу для поддержки подложки для носителя для термической обработки подложки, имеющего опорную поверхность для подложки.
Устройства в соответствии с данным изобретением применяют, например, для термической обработки полупроводниковых пластин в полупроводниковой и фотоэлектрической отраслях промышленности; они в основном предназначены для одновременного облучения множества подложек и, как правило, применяются в процессах, не являющихся непрерывными, (периодических процессах). В этих устройствах, подложку обычно располагают в закрытой технологической камере, которая спроектирована для термической обработки при определенных условиях окружающей среды; данная технологическая камера может предпочтительно быть вакуумирована или может поддерживаться под давлением с применением реакционноспособного или защитного газа.
Носители в соответствии с данным изобретением сконструированы так, чтобы принимать и поддерживать одну или несколько подложек и/или они могут быть применены для перемещения подложек; эти носители имеют одну или несколько опорных поверхностей, каждая из которых может быть спроектирована для приема одной или нескольких подложек. Носители могут быть изготовлены в виде одной части или в виде нескольких частей. В последнем случае, носитель часто имеет поддерживающую раму, в которой могут быть размещены один или несколько элементов для поддержки подложки.
Элементы для поддержки подложки в соответствии с данным изобретением имеют по меньшей мере одну опорную поверхность для поддержания подложки, например, в виде углубления. Они могут быть применены, например, в качестве держателей или носителей для одной или нескольких подложек.
Уровень техники
Во время изготовления и обработки кремниевых пластин часто необходимо подвергать кремниевые пластины термической обработке. Кремниевые пластины являются тонкими, пластинчатыми подложками, которые имеют лицевую сторону подложки и тыльную сторону подложки. Для термической обработки кремниевых пластин применяют устройства, которые имеют нагревательный узел, обычно в форме одного или нескольких инфракрасных излучателей, в дополнение к элементу для приема подложки.
Поскольку термическая обработка кремниевых пластин часто происходит при специальных условиях, например, в вакууме или в другой, подходящей атмосфере, например, в реакционной атмосфере, то элемент для приема подложки обычно расположен в газонепроницаемой закрытой технологической камере. Высокая производительность в отношении пластин достигается во время термической обработки, когда множество пластин подвергают термической обработке в технологической камере одновременно. С этой целью, пластины предпочтительно поддерживают на носителе, на который загружают множество пластин, и который доставляет их для термической обработки.
Такие носители часто имеют вертикальные структуры; они главным образом содержат верхнюю и нижнюю ограничивающие платы, которые соединены одна с другой посредством нескольких пазовых поперечных стержней. Во время технической обработки пластин для полупроводников, эти носители применяют, например, в печи, в устройствах для нанесения покрытия или травления, а также для транспортировки и хранения пластин. Такой носитель известен, например из публикации DE 202005001721 U1. В качестве альтернативы и в дополнение, применяют горизонтальные структуры, в которых пластины располагают в несколько уровней подобно стеллажной системе.
Однако, недостатком известных носителей является то, что лишь небольшое компоновочное пространство остается между пластинами, поддерживаемыми в носителе, что приводит к тому, что нагревательный узел располагается сбоку носителя. Облучение пластин с боковой стороны обычно обусловливает неравномерное облучение краевых и центральных областей пластин. Это может приводить к увеличенным временам обработки, поскольку облучение должно продолжаться до тех пор, пока даже центральная область пластины не достигнет выбранной температуры.
В известных устройствах инфракрасные излучатели размещают в технологической камере для того, чтобы предоставлять наиболее высокую возможную интенсивность облучения на поверхности пластины. Хорошая, равномерная термическая обработка подложек с большими площадями поверхности достигается, когда множество инфракрасных излучателей расположено в технологической камере. Инфракрасные излучатели обычно располагают при продольных осях излучателей, параллельных одни другим. Инфракрасные излучатели предпочтительно располагают на лицевой и тыльной сторонах подложки. Однако это требует наличия сравнительно большого доступного компоновочного пространства выше и/или ниже пластины, которая должна быть облучена.
Электрический контакт инфракрасного излучателя находится обычно с наружной стороны технологической камеры. Это имеет то преимущество, что электрические разряды в местах контактирования устраняются внутри технологической камеры. Однако в этом случае инфракрасные излучатели должны быть соединены через стенку технологической камеры, так что специальное уплотнение требуется для токовводов.
Из DE 102008063677 B4, например, известен инфракрасный излучатель, который может быть установлен в вакуумной камере и который для газонепроницаемого уплотнения снабжен уплотнительным элементом в форме О-образного уплотнительного кольца. Такие уплотнения имеют, однако, тот недостаток, что уплотнительный элемент регулярно подвергается высоким термическим напряжениям, которые могут повреждать уплотнительный элемент. Поэтому затруднено получение долговечного термостойкого уплотнения токовводов для инфракрасного излучателя.
В заключение, инфракрасные излучатели, расположенные в технологической камере, имеют определенную пространственную протяженность и требуют наличия определенной доли компоновочного пространства. Компоновочное пространство устройства, которое применяют для термической обработки подложек, является часто ограниченным и не может быть увеличено по желанию. Кроме того, дополнительно требуемое компоновочное пространство может способствовать увеличению требуемых времен обработки, поскольку, например, процесс вакуумирования является более продолжительным в устройстве, имеющем большие размеры. Это может приводить к уменьшенной производительности во время термической обработки пластин.
Техническая задача
Основной технической целью данного изобретения является поэтому предоставление устройства, которое делает возможной высокую производительность процесса получения подложек.
Кроме того, основной целью данного изобретения является создание носителя и элемента для поддержки подложки для носителя, которые делают возможной простую термическую обработку подложек с высокой производительностью.
Краткое описание изобретения
В отношении устройства для термической обработки подложки, вышеуказанная цель, начиная от вышеуказанного устройства, достигается в соответствии с данным изобретением тем, что по меньшей мере часть носителя изготовлена из композиционного материала, содержащего аморфный матричный компонент и дополнительный компонент в форме полупроводникового материала, при этом токопроводящая дорожка, которая является частью нагревательного узла и которая изготовлена из электропроводного резистивного материала, который генерирует тепло, когда ток проходит через него, нанесена на поверхность носителя.
Известные устройства для термической обработки подложки имеют носитель и нагревательный узел. В этих устройствах, носитель и нагревательный узел выполнены как отдельные сборки, при этом нагревательный узел обычно расположен в технологической камере рядом с носителем, например, выше и/или ниже носителя, или нагревательный узел расположен с боковой стороны носителя. Нагревательный узел содержит нагревательный элемент, излучающий тепловое излучение, а также электрические соединения и цепи, требующиеся для функционирования нагревательного элемента.
Основная идея данного изобретения заключается в том, что высокая производительность процесса получения подложек может быть достигнута, если устройство имеет максимально возможную компактную конструкцию. В соответствии с данным изобретением, это достигается тем, что не применяется отдельный нагревательный узел, и нагревательный узел интегрирован в носитель. Кроме того, носитель, имеющий интегрированный нагревательный узел способствует очень равномерному облучению подложки, размещенной на нем.
В соответствии с данным изобретением, поэтому, предложены две модификации носителя, одна из которых относится к материалу носителя, и другая относится к типу электрического контактирования носителя.
Для того, чтобы обеспечить эмиссию инфракрасного излучения носителем, по меньшей мере часть носителя изготовлена из композиционного материала. Состав композиционного материала выбирают таким образом, чтобы получить термически чувствительный материал, который может принимать низкоэнергетическое исходное состояние и может принимать высокоэнергетическое возбужденное состояние. Если такой материал возвращается от возбужденного состояния к исходному состоянию, энергия высвобождается, предпочтительно в форме инфракрасного излучения, и она применима для облучения подложки.
Энергия, требующаяся для возбуждения композиционного материала, предоставлена посредством токопроводящей дорожки, изготовленной из электропроводного резистивного материала, который нанесен на поверхность носителя, данная токопроводящая дорожка генерирует тепло, когда ток протекает через нее. Токопроводящая дорожка действует в качестве «локального» нагревательного элемента, посредством которого по меньшей мере часть носителя может нагреваться локальным образом. Однако, токопроводящая дорожка не образует действующий нагревательный элемент, с помощью которого подложка нагревается в устройстве, а вместо этого в основном предназначено для нагревания другого компонента устройства, а именно, самого носителя. Токопроводящая дорожка имеет такие пространственные размеры, что она нагревает часть носителя, которая изготовлена из композиционного материала. Перемещение тепла от электрорезистивного элемента к носителю может быть основано на теплопроводности, конвекции или тепловом излучении.
Кроме того, нагревательный узел, интегрированный в носитель, способствует минимизации среднего расстояния от нагревательного элемента до поверхности подложки. Это делает возможным особенно эффективный процесс нагревания и короткие времена обработки.
В устройстве, имеющем такую структуру носителя, часть носителя, которая изготовлена из композиционного материала, образует действующий элемент, который эмитирует инфракрасное излучение. Композиционный материал включает следующие компоненты:
Аморфный матричный компонент представляет наибольшую часть композиционного материала в отношении массы и объема. Это определяет, в наибольшей степени, механические и химические свойства композиционного материала: например, его термостойкость, прочность и коррозионную прочность.
Поскольку матричный компонент является аморфным - он предпочтительно содержит стекло - геометрическая конфигурация носителя может быть приспособлена более простым образом к требованиям конкретного применения устройства по данному изобретению, чем носитель, изготовленный из кристаллических материалов. Кроме того, композиционный материал, который в основном содержит компонент аморфного материала, легко может быть приспособлен к специфическим формам подложек.
2
Матричный компонент может содержать нелегированное или легированное кварцевое стекло и, помимо SiO, может включать другие оксидные, нитридные или карбидные компоненты в количестве вплоть до максимальной величины 10 масс.%.
Кроме того, в соответствии с данным изобретением также предусмотрено то, что дополнительный компонент в форме полупроводникового материала интеркалирован в матричный компонент. Данный дополнительный компонент образует дискретную аморфную фазу, диспергированную в аморфном матричном компоненте, или образует кристаллическую фазу.
Полупроводник имеет валентную зону и зону проводимости, которые могут быть отделены одна от другой посредством запрещенной зоны, имеющей ширину вплоть до ΔЕ ≈ 3 эВ. Ширина запрещенной зоны составляет, например 0,72 эВ для Ge, 1,12 эВ для Si, 0,26 эВ для InSb, 0,8 эВ для GaSb, 1,6 эВ для AlSb, 2,5 эВ для CdS. Удельная электропроводность полупроводника зависит от того, сколько электронов пересекают запрещенную зону и могут перемещаться из валентной зоны в зону проводимости. В принципе, при комнатной температуре лишь небольшое количество электронов может пересекать запрещенную зону и перемещаться в зону проводимости, так что обычно при комнатной температуре полупроводник обладает лишь ограниченной удельной электропроводностью. Однако уровень удельной электропроводности полупроводника в значительной степени зависит от его температуры. Если температура полупроводникового материала возрастает, то увеличивается также вероятность того, что имеется достаточная энергия, подходящая для перемещения электрона из валентной зоны в зону проводимости. Поэтому удельная электропроводность полупроводника увеличивается с температурой. При надлежащих температурах полупроводниковые материалы обладают высокой удельной электропроводностью.
Дополнительный компонент в качестве дискретной фазы распределен равномерно или намеренно неравномерно. Дополнительный компонент определяет в значительной степени оптические и термические свойства подложки; более точно, в инфракрасной области спектра, которая является диапазоном длин волн между 780 ни и 1 мм, он вызывает поглощение. Для по меньшей мере части излучения в этой области спектра дополнительный компонент обладает поглощением, которое выше, чем поглощение матричного компонента.
Фазовые области дополнительного компонента действуют в матрице в качестве мест оптической неоднородности и приводят, например, к тому, что композиционный материал может визуально выглядеть черным или черно-серым при комнатной температуре, в зависимости от толщины слоя. В дополнение к этому, данные места неоднородности сами по себе являются теплопоглощающими.
Дополнительный компонент предпочтительно присутствует в композиционном материале таким образом и в таком количестве, что в композиционном материале он вызывает спектральную излучательную способность ε по меньшей мере 0,6 для длин волн между 2 мкм и 8 мкм при температуре 600°C.
Особенно высокая излучательная способность может быть достигнута, когда дополнительный компонент присутствует в качестве фазы дополнительного компонента и имеет асферическую морфологию с максимальными размерами в среднем менее чем 20 мкм, однако предпочтительно более чем 3 мкм.
Асферическая морфология фазы дополнительного компонента также способствует высокой механической прочности и низкой тенденции композиционного материала к образованию трещин. Термин «максимальный размер» относится к наибольшей протяженности изолированной области с фазой дополнительного компонента, определяемой на микрофотографии. Вышеуказанное среднее значение найдено из средней величины всех размеров наибольшей протяженности на микрофотографии.
λ
λ
В соответствии с законом излучения Кирхгофа, спектральный коэффициент поглощения α и спектральная излучательная способность ε реального тела при термическом равновесии равны.
α<sub>λ</sub>=ε<sub>λ</sub>
(1)
λ
gh
gh
Дополнительный компонент таким образом обеспечивает то, что материал подложки эмитирует инфракрасное излучение. Спектральная излучательная способность ε может быть рассчитана указанным ниже образом с помощью известных направленно-полусферической спектральной отражательной способности R и направленно-полусферического спектрального коэффициента пропускания T:
ε<sub>λ</sub>=1-R<sub>gh</sub> - T<sub>gh</sub>
(2)
«Спектральная излучательная способность» должна истолковываться как означающая «спектральная нормальная излучательная способность». Это найдено при применении принципа измерения, известного как «Граничные условия твердого тела» (BBC) и опубликованного в «DETERMINING THE TRANSMITTANCE AND EMITTANCE OF TRANSPARENT AND SEMITRANSPARENT MATERIALS AT ELEVATED TEMPERATURES», J. Manara, M. Keller, D. Kraus, M. Arduini-Schuster; 5th European Thermal-Sciences Conference, The Netherlands (2008).
Аморфный матричный компонент в композиционном материале, а именно, в связи с дополнительным компонентом, обладает более высоким поглощением теплового излучения, чем оно имело бы место в случае без дополнительного компонента. Это приводит в результате к улучшенной теплопроводности от токопроводящей дорожки в подложку, более быстрому распределению тепла и более высокой интенсивности излучения, воздействующего на подложку. Вследствие этого возможно предоставлять более высокую мощность излучения на единицу площади поверхности и также создавать равномерную эмиссию и равномерное температурное поле, даже при малой толщине стенки поддерживающей структуры и/или при сравнительно низкой плотности нагрузки проводника.
Носитель, имеющий малую толщину стенки, обладает низкой тепловой массой и делает возможным быстрое изменение температуры. Поэтому охлаждающий элемент не является необходимым.
В предпочтительном варианте осуществления устройства в соответствии с данным изобретением дополнительный компонент присутствует в виде и в количестве, чтобы вызывать спектральную излучательную способность ε по меньшей мере 0,75 для длин волн между 2 мкм и 8 мкм к композиционном материале при температуре 1000°C.
Поэтому, композиционный материал обладает высокой способностью к поглощению и эмиссии для теплового излучения между 2 мкм и 8 мкм, то есть в диапазоне длин волн инфракрасного излучения. Это уменьшает отражение на поверхностях композиционного материала таким образом, что, при условии пренебрежимо малого пропускания, результатом является отражательная способность самое большее 0,25 для длин волн между 2 мкм и 8 мкм и при температурах выше чем 1000°C и 0,4 при температурах 600°C. Невоспроизводимое нагревание посредством отраженного теплового излучения тем самым избегают, что способствует равномерному или требуемому неравномерному распределению температуры.
В предпочтительном варианте осуществления устройства в соответствии с данным изобретением предусмотрено то, что устройство имеет технологическую камеру, в которой размещен носитель, указанная технологическая камера имеет стенку технологической камеры с токовводом, через который первый электрический потенциал и второй электрический потенциал проведены в технологическую камеру для электрического контактирования с токопроводящей дорожкой.
Электропитание для токопроводящей дорожки требуется для функционирования нагревательного узла, который интегрирован в носитель. Поскольку лишь небольшой рабочий ток требуется для функционирования токопроводящей дорожки, по сравнению с обычным нагревательным узлом, токопроводящая дорожка может электрически контактировать посредством единственного токоввода в пространство для обработки. Токовводы любого типа обладают тем недостатком, что они должны быть уплотнены. Однако такие уплотнения являются часто проблематичными, особенно по той причине, что почти невозможно выполнить долговечное уплотнение. Ограничивающим фактором является часто нерабочее время применяемых световых элементов, особенно когда они подвергаются воздействию излучения высокой мощности или реакционных атмосфер. Одним из преимуществ устройства в соответствии с изобретением является то, что даже множество токопроводящих дорожек носителя может снабжаться посредством одного токоввода, так что лишь два электрических потенциала должны быть проведены в технологическую камеру. Предпочтительно лишь первая индивидуальная линия, имеющая первый электрический потенциал, и вторая индивидуальная линия, имеющая второй электрический потенциал, проведены в технологическую камеру. Первая индивидуальная линия и вторая индивидуальная линия могут быть интегрированы в общий кабель. Проводники, соединенные с ним, могут быть подключены параллельно или последовательно.
В отношении носителя для термической обработки подложки, вышеуказанная цель, начиная от носителя, приведенного выше, достигается в соответствии с данным изобретением тем, что по меньшей мере часть носителя изготовлена из композиционного материала, содержащего аморфный матричный компонент и дополнительный компонент в форме полупроводникового материала, и токопроводящая дорожка, изготовленная из электропроводного резистивного материала, который генерирует тепло, когда ток проходит через него, нанесена на поверхность композиционного материала.
Носитель по данному изобретению предназначен, в частности, для термической обработки полупроводниковой пластины (кремниевой пластины).
Известные носители для термической обработки подложки обычно изготовлены из теплостойкого материала. Кроме того, особенно в производстве полупроводников, выход и электрические рабочие характеристики полупроводниковых компонентов зависят в значительной степени от успеха в предотвращении полупроводника от загрязнения примесями во время производства. Для того, чтобы предотвратить введение загрязнений в технологическую камеру через носитель, известные носители часто изготавливают из однокомпонентного материала, обладающего высокой химической стойкостью, так что это представляет низкий риск загрязнения для подложки.
Носитель в соответствии с данным изобретением может быть изготовлен в виде одной части или нескольких частей; он может, в частности, иметь вертикальную структуру или горизонтальную структуру. Носитель предпочтительно имеет горизонтальную структуру. В горизонтальных структурах, опорная поверхность для подложки расположена параллельно поверхности дна технологической камеры. Если предоставлено несколько отдельных носителей, они расположены параллельно один другому. Такая горизонтальная ориентация подложек имеет то преимущество, что подложки вследствие силы тяжести позиционированы на их соответствующих опорных поверхностях. Это предоставляет возможность хорошего теплопереноса от опорной поверхности к сопряженной подложке. В этом контексте, применение структуры носителя стеллажного типа оказалось особенно выгодным, поскольку при применении этого типа носителя энергия, требующаяся для нагревания подложки, может быть предоставлена посредством двух механизмов, а именно, посредством прямого облучения подложки и также косвенным образом посредством теплопроводности с помощью самого носителя.
Поскольку носитель в соответствии с данным изобретением изготовлен из композиционного материала и вместе с этим снабжен токопроводящей дорожкой, изготовленной из резистивного материала, инфракрасное излучение может быть создано непосредственно носителем. Носитель по данному изобретению поэтому имеет две функции: первую, в соответствии с которой носитель может быть применен для перемещения и хранения подложек, и вторую, в соответствии с которой носитель может также быть использован в качестве источника излучения для термической обработки подложек, без дополнительного, внешнего источника излучения, требуемого для этого. Также не является необходимым, например, перемещение подложек в специальный носитель, применимый для облучения подложек.
В соответствии с данным изобретением, материал, из которого изготовлен носитель, и тип электрического контактирования выбирают таким образом, чтобы по меньшей мере некоторое количество материала носителя могло быть преобразовано, посредством энергии, введенной в материал, из исходного состояния в возбужденное состояние, особенно таким образом, чтобы во время возвращения из возбужденного состояния в исходное состояние материал носителя эмитировал инфракрасное излучение, которое предоставляется для облучения подложки.
В устройстве, имеющем такой носитель, часть носителя, которая изготовлена из композиционного материала, является действующим элементом, эмитирующим инфракрасное излучение. Композиционный материал включает аморфный матричный компонент и дополнительный компонент в форме полупроводникового материала, как описано подробно выше в отношении устройства в соответствии с данным изобретением.
Поскольку токопроводящая дорожка, изготовленная из электропроводного резистивного материала, нанесена на поверхность носителя, тепло может генерироваться посредством резистивного материала, когда ток протекает через него. Токопроводящая дорожка действует в качестве «локального» нагревательного элемента, посредством которого по меньшей мере подобласть поддерживающей структуры может нагреваться локальным образом.
В одном предпочтительном варианте осуществления носителя в соответствии с данным изобретением предусмотрено то, что в области опорной поверхности он изготовлен из композиционного материала.
Как правило, носители, которые применяют для термической обработки подложки, изготавливают из материала, который характеризуется в значительной степени высокой температурной стабильностью и высокой химической стойкостью. В производстве полупроводников, в частности, выход и электрические рабочие характеристики полупроводниковых элементов зависят в значительной степени от успеха в предотвращении полупроводника от загрязнения примесями во время производства полупроводника. Такое загрязнение может быть вызвано, например, применяемым устройством.
Весь носитель или его часть может быть изготовлена из композиционного материала. Носитель, который изготовлен полностью из композиционного материала, является простым и экономически эффективным для изготовления. Верхняя сторона такой опорной поверхности может быть полностью или частично покрыта токопроводящей дорожкой. Подтверждено, что выгодно, когда лишь часть верхней стороны носителя покрыта токопроводящей дорожкой. В этом случае, лишь области носителя, которые связаны с токопроводящей дорожкой являются непосредственно термически возбуждаемыми. Области, которые не возбуждаются непосредственно термическим образом, не проявляют какую-либо существенную эмиссию инфракрасного излучения ниже температуры 40°C. Область излучения может быть адаптирована к форме подложки посредством компоновочного расположения токопроводящей дорожки и выбора области, покрытой токопроводящей дорожкой, подходящим образом, с тем, чтобы это приводило к равномерной термической обработке подложки.
Для того, чтобы улучшить равномерное облучение подложки, размещенной на опорной поверхности, подтверждено, что выгодно, когда носитель изготовлен из композиционного материала лишь в области опорной поверхности, или когда токопроводящая дорожка нанесена на носитель таким образом, что последний возбуждается только лишь в области опорной поверхности. В обоих случаях лишь опорная поверхность действует в качестве эмиттера инфракрасного излучения. Форма опорной поверхности может простым образом быть адаптирована к форме подложки. В этом случае, нагревательный узел, имеющий такую же форму, размещен на подложке, расположенной на опорной поверхности, так что возможно создание особенно равномерного облучения подложки.
Опорная поверхность предпочтительно изготовлена как плоская поверхность.
Изготовление плоской поверхности не является очень сложным; особенно высокое качество опорной поверхности может быть достигнуто, например, посредством сглаживания. Плоская опорная поверхность, кроме того, имеет то преимущество, что подложка, которая является подобным образом плоской, имеет наибольшую возможную контактную поверхность с опорной поверхностью. Это способствует особенно равномерному теплопереносу к подложке.
Подложка, размещенная на опорной поверхности, может поддерживаться на опорной поверхности полностью или частично. Предпочтительно, вся сторона подложки, размещенной на опорной поверхности, обращена к опорной поверхности. Это имеет то преимущество, что температура стороны, расположенной на ней, может быть отрегулирована до максимально возможной степени посредством приведения в действие электрическим образом токопроводящей дорожки опорной поверхности, с тем, чтобы сделать возможным нагревание подложки наиболее равномерным образом.
2
2
2
2
Опорная поверхность для подложки предпочтительно находится в интервале от 10000 мм до 160000 мм по размеру, особенно предпочтительно находится в интервале от 10000 мм до 15000 мм по размеру.
2
2
2
Опорная поверхность в интервале от 10000 мм до 160000 мм является достаточно большой, чтобы принимать соответствующие подложки, например, полупроводниковых пластин. Кроме того, опорная поверхность более чем 160000 мм является сложной для изготовления.
2
2
Подтверждено, что выгодно, когда величина площади опорной поверхности находится в интервале от 10000 мм до 15000 мм. Опорная поверхность в этом интервале является особенно подходящей для приема пластин, когда их применяют в производстве электронных компонентов, например, в производстве интегральных схем. Подтверждено, что выгодно, когда опорная поверхность имеет квадратную или круглую форму. В случае опорной поверхности квадратной формы, ее размер находится предпочтительно между 100 мм × 100 мм и 122 мм × 122 мм; для опорной поверхности круглой формы диаметр опорной поверхности находится предпочтительно между 56 мм и 120 мм.
Подтверждено, что выгодно, когда аморфным матричным компонентом является кварцевое стекло, полупроводниковый материал присутствует в элементарной форме, при этом доля по массе полупроводникового материала находится в интервале между 0,1% и 5%.
В этом контексте, подтверждено, что выгодно, когда аморфный матричный компонент и дополнительный компонент обладают электроизолирующими свойствами при температурах ниже 600°C.
Кварцевое стекло является электроизоляционным материалом и, в дополнение к обладанию высокой прочностью, он обладает высокой устойчивостью к коррозии, к температуре и к термическому удару; кроме того, он доступен при высокой чистоте. Поэтом он является также применимым в качестве матричного материала для процессов высокотемпературного нагревания при температурах вплоть до 1100°C. Охлаждение не является необходимым.
В матрице, небольшие области полупроводниковой фазы действуют, с одной стороны, в качестве мест оптической неоднородности, и, в зависимости от толщины слоя, это приводит к тому, что материал подложки может визуально проявляться как черный или черно-серый при комнатной температуре. С другой стороны, данные места неоднородности могут влиять на теплопоглощение композиционного материала в целом. Это может быть главным образом являться следствием свойств тонко распределенных элементарных фаз от полупроводника, в соответствии с чем, во-первых, энергия между валентной зоной и зоной проводимости (энергия запрещенной зоны) уменьшается с температурой, и, во-вторых, когда энергия активации является достаточно высокой, электроны переходят из валентной зоны в зону проводимости, что связано со значительным увеличением коэффициента поглощения. Термически активированное заполнение зоны проводимости может приводить к тому, что полупроводниковый материал может быть прозрачным до некоторой степени при определенных длинах волн (таких как примерно 1000 нм или более) при комнатной температуре и может быть непрозрачным при высоких температурах.
Когда температура композиционного материала увеличивается, вследствие этого поглощение и излучательная способность могут по этой причине резко возрастать. Этот эффект зависит, помимо прочего, от структуры (аморфной/кристаллической) и легирования полупроводника.
Дополнительный компонент является предпочтительно элементарным кремнием. Чистый кремний, например, показывает заметное увеличение в эмиссии, начиная от примерно 600°C, однако она достигает насыщения при примерно 1000°C.
3
Полупроводниковый материал и, в особенности, предпочтительно применяемый элементарный кремний, поэтому вызывает черное окрашивание стекловидного матричного компонента, особенно при комнатной температуре, однако также и при повышенных температурах, например, выше 600°C. Это создает хорошие характеристики эмиссии применительно к широкополосной, высокой эмиссии при высоких температурах. Полупроводниковый материал, предпочтительно элементарный кремний, образует дискретную Si фазу, диспергированную в матрице. Она может включать несколько полуметаллов или металлов (металлов, однако, при максимальном содержании до 50 масс.%, однако лучше не более, чем 20 масс.%, по отношению к массовой доле дополнительного компонента). Композиционный материал не проявляет какой-либо открытой пористости, и в лучшем случае имеет закрытую пористость менее чем 0,5% и удельную плотность по меньшей мере 2,19 г/см. Он поэтому подходит для носителей, в которых главным вопросом является чистота или газонепроницаемость материала, из которого изготавливают носитель.
Теплопоглощение композиционного материала зависит от доли дополнительного компонента. Массовая доля дополнительного компонента должна поэтому предпочтительно составлять по меньшей мере 0,1%. С другой стороны, высокая объемная доля в отношении содержания дополнительного компонента может оказывать негативное влияние на химические и механические свойства матрицы. Исходя из этого, массовая доля дополнительного компонента находится предпочтительно в интервале между 0,1% и 5%.
2
Один из вариантов осуществления носителя, в котором аморфным матричным компонентом является кварцевое стекло, и который предпочтительно имеет химическую чистоту по меньшей мере 99,99% SiO и содержание кристобалита самое большее 1%, является особенно выгодным для уменьшения риска загрязнения подложки от носителя. Поскольку матрица имеет низкое содержание кристобалита, составляющее 1% или менее, имеет место низкая тенденция к расстеклованию и, соответственно, низкая степень риска образования трещин при применении в качестве носителя. Посредством этого также удовлетворяются требования в отношении отсутствия частиц, в отношении чистоты и инертности, которые обычно имеют место для процессов производства полупроводников.
2
2
Подтверждено, что выгодно, когда токопроводящая дорожка изготовлена из платины, высокожаропрочной стали, тантала, ферритного сплава FeCrAl, аустенитного сплава CrFeNi или из молибденового сплава и имеет площадь поперечного сечения в интервале от 0,01 мм до 2,5 мм.
Токопроводящая дорожка является частью нагревательного узла, посредством которого нагревают носитель; она изготовлена из резистивного материала, который генерирует тепло, когда ток проходит через него. Резистивный материал образует электрический компонент, посредством которого электрическая энергия может быть преобразована в тепловую энергию (тепло); он может поэтому также быть назван терморезистором. Теплопроизводительность резистивного материала зависит от удельного сопротивления материала, поперечного сечения и длины материала, и от рабочего тока или рабочего напряжения, приложенного к нему.
2
2
2
2
Поскольку рабочий ток и рабочее напряжение не могут быть увеличены желательным образом, потому что при иных обстоятельствах резистивный материал может плавиться, теплопроизводительность может быть приспособлена простым и быстрым образом посредством изменения длины и поперечного сечения резистивного материала. В этом контексте, подтверждено, что выгодно, когда площадь поперечного сечения находится в интервале от 0,01 мм до 2,5 мм. Лишь ограниченные токи (менее чем 1 А) могут протекать через токопроводящую дорожку, имеющую площадь поперечного сечения менее чем 0,01 мм. Токопроводящая дорожка, имеющая площадь поперечного сечения более чем 2,5 мм, представляет высокое сопротивление и требует высоких рабочих токов (более чем 8 А). Кроме того, такая токопроводящая дорожка связана с высоким током включения более чем 128 А, так что потребуется ограничитель тока включения.
2
2
Является особенно выгодным, когда площадь поперечного сечения находится в интервале от 0,01 мм до 0,05 мм. Площадь поперечного сечения в этом интервале характеризуется особенно выгодным отношением напряжение/ток; оно делает возможным, в частности, функционирование при напряжениях, находящихся в интервале от 100 В до 400 В, с токами от 1 А до 4,5 А.
Возможно варьирование длины проводника посредством подходящего выбора формы токопроводящей дорожки. В отношении наиболее равномерного возможного распределения температуры, подтверждено, что выгодно, когда токопроводящая дорожка сформирована в виде линейчатой структуры, которая покрывает поверхность подложки таким образом, что промежуточное пространство составляет по меньшей мере 1 мм, предпочтительно по меньшей мере 2 мм, остается между смежными сегментами токопроводящей дорожки. Низкая плотность покрытия определяется тем, что минимальное расстояние между смежными сегментами токопроводящей дорожки составляет 1 мм или более, предпочтительно 2 мм или более. Большое расстояние между сегментами токопроводящей дорожки предотвращает поверхностные пробои, которые могут происходить, в особенности в случае функционирования при высоких напряжениях в вакууме. Устройство и носитель в соответствии с данным изобретением предпочтительно спроектированы для низких напряжений менее чем 80 В и поэтому являются особенно подходящими для функционирования в вакууме. Токопроводящая дорожка предпочтительно выполнена в виде спиральной или извилистой линейчатой структуры. Это делает возможным равномерное покрытие посредством единственного проводника. Единственная токопроводящая дорожка может быть соединена с источником тока и регулироваться особенно простым образом.
Подтверждено, что выгодно, когда контактные элементы предоставлены на концах токопроводящей дорожки. Контактные элементы предоставляют упрощенное электрическое контактирование для токопроводящей дорожки; они предпочтительно образуют вставной элемент штепсельного разъема. Штепсельный разъем предназначен для разъемного соединения контактного элемента с источником электрического тока. Это делает возможным простое отделение и соединение проводника с линией электропитания и, в частности, с источником тока/напряжения.
Резистивный материал является предпочтительно высокожаропрочной сталью, танталом, молибденовым сплавом, аустенитным сплавом CrFeNi или ферритным сплавом FeCrAl, например, Kanthal (Kanthal является торговой маркой SANDVIK AB.).
Токопроводящая дорожка особенно предпочтительно изготавливают из платины, поскольку такой проводник является особенно высокоэффективным в отношении преобразования электрической энергии в тепловую энергию. Кроме того, токопроводящая дорожка, изготовленная из платины, является простой и экономически эффективной в отношении изготовления; она может быть сформирована в виде обожженного толстопленочного слоя. Такие толстопленочные слои изготавливают, например, из резистивной пасты посредством трафаретной печати или из металлосодержащей краски посредством краскоструйного принтера и последующего обжига при высокой температуре.
В предпочтительном варианте осуществления поддерживающей структуры по данному изобретению предусмотрено то, что носитель содержит по меньшей мере один поддерживающий элемент, имеющий опорную поверхность, и что он имеет верхнюю и нижнюю сторону, при этом опорная поверхность расположена на верхней стороне, и токопроводящая дорожка расположена на нижней стороне.
Носитель может содержать один или несколько поддерживающих элементов, которые могут сами иметь одну или несколько опорных поверхностей. Единственная подложка или несколько подложек могут быть размещены на опорной поверхности. Поскольку опорная поверхность расположена на верхней стороне поддерживающего элемента, подложка может быть просто размещена на ней. Подложку предпочтительно размещают на опорной поверхности таким образом, чтобы максимально возможным образом поверхность одной стороны подложки была расположена на опорной поверхности. Это делает возможным очень равномерное нагревание подложки, особенно при применении теплопроводности и теплового излучения.
Поскольку токопроводящая дорожка расположена на нижней стороне поддерживающего элемента, композиционный материал поддерживающего элемента может быть нагрет и возбужден достаточным образом, без предотвращения облучения токопроводящей дорожки инфракрасным излучением, направленным к подложке, расположенной на верхней стороне поддерживающего элемента. С другой стороны, между смежными сегментами токопроводящей дорожки нижняя сторона носителя имеет промежуточные пространства, через которые может эмитироваться инфракрасное излучение. Если два поддерживающих элемента расположены один поверх другого, излучение, эмитированное от нижней стороны верхнего поддерживающего элемента, может быть применено для облучения подложки, расположенной на верхней стороне нижнего поддерживающего элемента.
Один из особенно выгодных вариантов осуществления носителя характеризуется тем, что композиционный материал имеет поверхность, покрывающую токопроводящую дорожку, при этом часть этой поверхности покрыта покровным слоем, изготовленным из пористого кварцевого стекла, где по меньшей мере часть токопроводящей дорожки заделана в покровный слой.
Покровный слой изготовлен из непрозрачного кварцевого стекла, который действует в качестве диффузного отражателя и защищает и одновременно стабилизирует токопроводящую дорожку. При применении покровного слоя, возможно отклонение излучения, которое эмитировано в направлении нижней стороны поддерживающего элемента, к подложке, расположенной на верхней стороне поддерживающего элемента. Таким образом, излучение, эмитированное поддерживающим элементом, доступно для облучения расположенной на нем подложки. Поскольку покровный слой действует в качестве диффузного отражателя, становится возможным равномерное облучение подложки.
2
Изготовление такого покровного слоя из непрозрачного кварцевого стекла описано, например, в WO 2006/021416 A1. Его изготавливают из дисперсии, которая включает частицы аморфного SiO в жидкости. Ее наносят на поверхность поддерживающего элемента, покрывающую токопроводящую дорожку, которая предпочтительно является нижней стороной поддерживающего элемента, ее сушат, чтобы образовать сырую пленку, которую спекают при высокой температуре. Спекание сырой пленки и обжиг токопроводящей дорожки предпочтительно выполняют в одном и том же процессе нагревания.
Подтверждено, что особенно выгодно, когда предоставлено множество токопроводящих дорожек, каждая из указанных токопроводящих дорожек в отдельности электрически контролируется.
Предоставление множества токопроводящих дорожек делает возможным независимую адаптацию мощности облучения, достигаемого носителем. С одной стороны, мощность излучения композиционного материала может быть отрегулирована посредством выбора подходящим образом расстояний между смежными сегментами токопроводящей дорожки. Сегменты композиционного материала нагревают с различными интенсивностями, так что они эмитируют инфракрасное излучение при разной мощности излучения.
В качестве альтернативы, токопроводящие дорожки могут электрически приводиться в действие индивидуальным образом, так что они функционируют при разных рабочих напряжениях или рабочих токах. Было доказано, что в особенности краевые области подложки часто более интенсивно нагреваются, чем центральная область подложки. Причиной этого является то, что краевая область более легкодоступна для инфракрасного излучения и, как правило, облучается более интенсивным образом, когда лицевая сторона подложки меньше, чем опорная поверхность. Варьирование рабочих напряжений или токов, прикладываемых к конкретным токопроводящим дорожкам, делает возможной простую и быструю адаптацию распределения температуры на подложке, подлежащей нагреванию.
Носитель в соответствии с данным изобретением предпочтительно сконструирован для приема пластинчатых подложек, изготовленных из полупроводникового материала, в горизонтальной ориентации; он предпочтительно изготовлен в виде стеллажа, и его применяют для термической обработки полупроводниковых пластин.
В отношении элемента для поддержки подложки, вышеприведенной цели достигают, начиная от вышеуказанного элемента для поддержки подложки, в котором поддерживающий элемент изготовлен из композиционного материала, который содержит аморфный матричный компонент, а также дополнительный компонент в форме полупроводникового материала, где токопроводящая дорожка, которая изготовлена из электропроводного резистивного материала, который генерирует тепло, когда ток проходит через него, нанесена на поверхность композиционного материала.
Носители, которые применяют для термической обработки подложки, часто имеют несколько частей. Они могут иметь поддерживающую раму, в которой, например, может быть размещено несколько элементов для поддержки подложки. В качестве альтернативы, несколько элементов для поддержки подложки могут также быть расположены друг над другом. Это имеет то преимущество, что размер поддерживающей структуры может быть приспособлен индивидуальным образом к конкретному процессу облучения. Каждый элемент для поддержки подложки предпочтительно спроектирован для приема единственной подложки.
Элемент для поддержки подложки может быть изготовлен полностью или частично из композиционного материала. Как уже пояснено более подробно выше в отношении носителя, элемент для поддержки подложки изготовлен из специального материала, для которого может быть вызван, посредством проводника, изготовленного из резистивного элемента, переход из исходного состояния в возбужденное состояние, где данный материал эмитирует излучение в форме инфракрасного излучения. Ссылка сделана на информацию, предоставленную выше в отношении устройства и в отношении носителя, касательно химического состава композиционного материала, изготовленного из матричного компонента и дополнительного компонента.
Элемент для поддержки подложки в соответствии с данным изобретением может быть предпочтительно размещен в известном носителе для термической обработки полупроводниковой пластины. Предпочтительно носитель в соответствии с данным изобретением содержит несколько элементов для поддержки подложек, при этом данные элементы расположены таким образом, что их соответствующие опорные поверхности для подложек расположены параллельно одна другой.
Пример осуществления
Данное изобретение пояснено более подробно ниже при применении примеров осуществления и чертежей, на которых:
Фиг. 1 - пример осуществления носителя для термической обработки подложки в соответствии с данным изобретением, данный носитель спроектирован для приема полупроводниковые пластины в горизонтальной ориентации;
Фиг. 2 - вид в разрезе варианта осуществления облучающего устройства для термической обработки подложки в соответствии с данным изобретением, в котором электрическое контактирование токопроводящей дорожки выполнено посредством единственного токоввода в технологическую камеру;
Фиг. 3 –изображение в перспективе верхней и нижней стороны первого варианта осуществления элемента для поддержки подложки для носителя для термической обработки подложки в соответствии с данным изобретением;
Фиг. 4 - вид сверху второго варианта осуществления элемента для поддержки подложки для носителя для термической обработки подложки;
Фиг. 5 - вид сверху нижней стороны третьего варианта осуществления элемента для поддержки подложки в соответствии с данным изобретением, на который нанесены две токопроводящие дорожки, электрически контролируемые индивидуальным образом; и
Фиг. 6 - вид сверху нижней стороны четвертого варианта осуществления элемента для поддержки подложки в соответствии с данным изобретением, на который нанесены две токопроводящие дорожки, электрически контролируемые индивидуальным образом.
Фиг. 1 представляет собой вид в перспективе варианта осуществления носителя в соответствии с данным изобретением, который в целом имеет цифровое обозначение 100. Носитель 100 спроектирован для термической обработки кремниевых пластин и применим, например, в полупроводниковой и фотоэлектрической отраслях промышленности. Носители этого типа также известны на английском языке как «stacks» (полки).
Носитель 100 имеет стеллажную конструкцию, которая спроектирована для приема кремниевых пластин в горизонтальной ориентации. Носитель 100, изображенный в качестве примера на Фиг. 1, содержит две приемные рамы 102a, 102b, каждая из которых имеет пять уровней 103a-e и 103f-j для приема одной кремниевой пластины на уровень. Общая приемная способность носителя 100 составляет десять кремниевых пластин. В принципе, носитель 100 и приемные рамы 102a, 102b могут иметь такие пространственные размеры, что может быть размещено требуемое число пластин.
В носителе 100, приемные рамы 102a, 102b образованы каждая в виде цельной части. Носитель изготовлен полностью из композиционного материала, который содержит аморфный матричный компонент и дополнительный компонент.
Аморфный матричный компонент является матрицей из кварцевого стекла, имеющего химическую чистоту 99,99%; содержание кристобалита в аморфном матричном компоненте составляет 0,25%.
В этой матрице равномерно распределена фаза, изготовленная из элементарного кремния, в форме несферических областей. Дополнительный компонент имеет массовую долю 2% (масс./масс.). Максимальные размеры фазовых областей Si находятся в среднем (медианная величина) в интервале примерно от 1 мкм до 10 мкм.
3
Композиционный материал является газонепроницаемым; он имеет плотность 2,19 г/см и стабилен в воздушной атмосфере вплоть до температуры примерно 1150°C.
Носитель 100 выглядит визуально как полупрозрачный до прозрачного. При обследовании под микроскопом, он не имеет открытых пор, и любые закрытые поры имеют максимальный размер в среднем менее чем 10 мкм. Интеркалированная Si фаза способствует непрозрачности композиционного материала, с одной стороны, и оказывает влияние на оптические и термические свойства композиционного материала. При высоких температурах композиционный материал проявляет высокое поглощение теплового излучения и высокую излучательную способность.
В одном альтернативном варианте осуществления (не показан), весь носитель выполнен в виде одной части; в другом альтернативном варианте осуществления носителя 100 (также не показан) он сформирован из нескольких элементов для поддержки подложки. Элементы для поддержки подложки могут быть расположены друг над другом, или же может быть предоставлена поддерживающая рама, в которую размещены элементы для поддержки подложки. Это имеет то преимущество, что размер и приемная способность могут быть выбраны желательным образом, например, посредством подходящего выбора размера рамы держателя или числа элементов для поддержки подложки, расположенных друг над другом.
Уровни 103a-e и 103f-j сформированы идентичным образом; поэтому уровень 103a описан более подробно в последующем по сравнению с примерами, представляющими уровни 103 b-e и 103f-j.
Уровень 103a имеет длину 200 мм (соответствующую продольной стороне 105, включая выступающие части 106, выступающие на длину 30 мм). Ширина уровня 103a составляет 150 мм (соответствующую поперечной стороне 104). Толщина уровня 103a составляет 2 мм.
Уровень 103a имеет верхнюю сторону107 и нижнюю сторону 109, противоположную верхней стороне 107. Верхняя сторона 107 снабжена впадиной, которая действует в качестве опорной поверхности 108 для плоской подложки. Опорная поверхность 108 имеет прямоугольную форму и имеет длину 101 мм и ширину 101 мм.
Токопроводящая дорожка (не показана) сформирована на нижней стороне 105 посредством нанесения и обжига платиновой резистивной пасты. Токопроводящая дорожка расположена лишь на части нижней стороны 105; и токопроводящая дорожка вытянута через часть поверхности нижней стороны 109, которая расположена напротив опорной поверхности 108, и площадь поверхности которой соответствует опорной поверхности 108. Проводник изготовлен в виде спиральной линейчатой структуры. Зажимы (не показаны), которые делают возможным электрическое соединение токопроводящей дорожки с источником тока (не показан), предоставлены на обоих концах токопроводящей дорожки.
Когда электрический потенциал приложен к токопроводящей дорожке, токопроводящая дорожка нагревается. Вместе с этим, носитель 100 нагревается в области опорной поверхности 108. От заранее установленной температуры излучательная способность опорной поверхности 108 увеличивается значительным образом. Это может быть определенно обусловлено тем, что фаза, изготовленная из элементарного кремния, которая добавлена к матрице, является полупроводником, и тем, что энергия между валентной зоной и зоной проводимости (энергия запрещенной зоны) полупроводника уменьшается с температурой, так что, если температура и энергия активации достаточно высокие, электроны переходят из валентной зоны в зону проводимости, с тем результатом, что, когда они возвращаются в валентную зону, энергия высвобождается в форме теплового излучения. При этом термически активированное заполнение зоны проводимости приводит к тому, что полупроводниковый материал эмитирует тепловое излучение в определенных пределах для конкретных длин волн при комнатной температуре. Этот эффект усиливается посредством высоких температур носителей, особенно при температурах носителя выше чем 600°C. Поскольку токопроводящая дорожка расположена с противоположной стороны от опорной поверхности 108, опорная поверхность 108 может действовать как плоская излучающая поверхность для теплового излучения. Некоторая часть эмитированного теплового излучения также вводится в носитель 100, так что он в целом эмитирует тепловое излучение. Тепловое излучение главным образом имеет место в области опорной поверхности 108.
3
Для того, чтобы сделать возможным направление эмитированного теплового излучения на подложку, размещенную на опорной поверхности 108, например, отражающий слой (не показан) также наносят на токопроводящую дорожку, которая нанесена на нижнюю сторону 105. Отражающий слой содержит непрозрачное кварцевое стекло и имеет среднюю толщину слоя примерно 1,7 мм. Он характеризуется отсутствием трещин и высокой плотностью примерно 2,15 г/см; он является термостойким вплоть до температур выше чем 1100°C.
Фиг. 2 представляет собой вид в разрезе устройства в соответствии с данным изобретением для облучения полупроводниковых пластин, которое обозначено в целом цифровым обозначением 200. Облучающее устройство 200 имеет корпус 201, который заключает в себе технологическую камеру 202. В технологической камере 202 расположен носитель 203, имеющий две приемные рамы 204a, 204b. Единственный токоввод 220, который проведен через корпус 201, и посредством которого приемные рамы 204a, 204b присоединены к источнику напряжения (не показан), предоставлен для электрического контактирования с приемными рамами 204a, 204b.
Когда те же самые цифровые обозначения используют на Фиг. 2, что были использованы на Фиг. 1, они относятся к тем же идентичным или эквивалентным компонентам носителя, что и те, которые были описаны для представленной выше Фиг. 1.
Носитель 203 отличается от носителя 100 на Фиг. 1 в том, что он изготовлен в виде нескольких частей. Элементы для поддержки подложки 205, которые вставлены в цилиндрические поперечные стержни 208 посредством выступающих частей 207, расположенных на поперечных сторонах 206, предоставлены для приема полупроводниковых пластин. Поперечные стержни 208 изготовлены из кварцевого стекла, имеющего чистоту 99,99%. Дополнительный компонент не добавлен к кварцевому стеклу поперечных стержней 208.
Поперечные стержни 208 снабжены прорезями (не показаны), в которые может быть вставлена одна из выступающих частей 207 поддерживающего элемента. Глубина прорези составляет 7 мм, ширина прорези составляет 4 мм, и интервал между прорезями составляет 15 мм. Поперечные стержни 208 имеют круговое радиальное поперечное сечение, и диаметр поперечных стержней 208 составляет 20 мм.
Элементы 205 для поддержки подложки, вставленные в поперечные стержни 208, имеют длину 200 мм (соответствующую продольной стороне 210, включая выступающие части 207, выступающие на длину 30 мм) и ширину 150 мм (соответствующую поперечной стороне 206). Носитель 203 содержит 40 элементов 205 для поддержки подложки на 20 уровнях, расположенных один поверх другого, при этом два элемента 205 для поддержки подложки расположены один рядом с другим на каждом уровне.
Элементы 205 для поддержки подложки сформированы идентичным образом. Верхняя сторона каждого из элементов для поддержки подложки имеет опорную поверхность 212 для приема полупроводника. Опорная поверхность 212 имеет ширину 101 мм, длину 101 мм и высоту элемента для поддержки подложки 2 мм. Элементы 205 для поддержки подложки изготовлены из ламинированного стекла. Ламинированное стекло содержит два элемента, а именно, первый составной элемент, который образует опорную поверхность 212, и второй составной элемент, который окружает опорную поверхность 212. Первый составной элемент содержит кварцевое стекло, имеющее чистоту 99,99%. Второй составной элемент содержит композиционный материал, который основан на матрице из кварцевого стекла, и к которому добавлено 3 масс.% элементарного кремния в качестве дополнительного компонента. Платиновое покрытие, которое генерирует тепло, когда ток протекает через него, добавлено к нижней стороне опорной поверхности 212.
Поскольку лишь опорная поверхность 212 изготовлена из второго составного элемента, а именно, из композиционного материала, лишь область опорной поверхности 212 может эмитировать тепловое излучение непосредственным образом. Конечно, другие области элемента для поддержки подложки могут эмитировать тепловое излучение, например, некоторое излучение, которое было введено в элемент для поддержки подложки. Однако, как правило, доли такого излучения являются незначительными по сравнению с общей мощностью излучения элемента для поддержки подложки. В этом контексте, подтверждено, что выгодно, когда элемент для поддержки подложки имеет разделяющую зону, например, в форме шероховатой поверхности, в области перехода от первого составного элемента ко второму составному элементу. Шероховатая поверхность действует в качестве диффузора и связана с непрямой и поэтому единообразной эмиссией излучения. Альтернативными средством для уменьшения мощности излучения внутри элемента для поддержки подложки является легирование первого составного компонента легирующей примесью, поглощающей тепловое излучение.
Фиг. 3 изображает два вида (I, II) элемента для поддержки подложки 300 по данному изобретению.
Вид I предоставляет перспективный вид спереди верхней стороны (A) элемента 300 для поддержки подложки; Вид II изображает нижнюю сторону (B) элемента 300 для поддержки подложки.
3
Элемент 300 для поддержки подложки изготовлен из двух материалов, а именно, он изготовлен из кварцевого стекла в области 310, окружающей опорную поверхность 304, и он изготовлен из композиционного материала в области опорной поверхности 304. Композиционный материал содержит матрицу, изготовленную из кварцевого стекла. Матрица выглядит визуально как полупрозрачная до прозрачной. При обследовании под микроскопом, она не имеет открытых пор, и любые закрытые поры имеют максимальный размер в среднем менее чем 10 мкм. Фаза, изготовленная из элементарного кремния, в форме несферических областей равномерно распределена в этой матрице. Доля по массе данной фазы из элементарного кремния составляет 5%. Максимальные размеры фазовых областей Si находятся в среднем (медианная величина) в интервале примерно от 1 мкм до 10 мкм. Композиционный материал является газонепроницаемым; он имеет плотность 2,19 г/см и стабилен в воздушной атмосфере вплоть до температуры примерно 1200°C.
Интеркалированная Si фаза способствует в целом непрозрачности композиционного материала, с одной стороны, и оказывает влияние на оптические и термические свойства композиционного материала. При высоких температурах композиционный материал проявляет высокое поглощение теплового излучения и высокую излучательную способность.
gh
gh
Излучательную способность композиционного материала измеряют при комнатной температуре при применении фотометрического шара (также известного как шар Ульбрихта). Шар Ульбрихта делает возможным измерение направленно-полусферической спектральной отражательной способности R и направленно-полусферического спектрального коэффициента пропускания T, из которых рассчитывают нормальную спектральную излучательную способность. При применении вышеуказанного принципа измерения «Граничные условия твердого тела» (BBC), излучательную способность измеряют при повышенной температуре в диапазоне длин волн от 2 до 18 мкм посредством инфракрасного спектрометра с преобразованием Фурье (FTIR) (Bruker IFS 66v Fourier Transform Infrarot (FTIR)), с которым связана камера для образца BBC посредством дополнительной оптической системы. Эта камера для образца, в полупространствах перед держателем образца и после него, имеет терморегулируемые окружающие среды в виде черного тела и отверстие для выпуска выходного пучка с детектором. Образец нагревают до заданной температуры в отдельной печи и для измерения его перемещают в путь луча камеры для образца с окружающими средами в виде черного тела, установленной при заданной температуре. Интенсивность, зарегистрированная детектором, состоит из компонента эмиссии, компонента отражения и компонента пропускания, а именно, интенсивности, эмитированной самим образцом, интенсивности излучения, подающего на образец от переднего полупространства и отраженного указанным образцом, и интенсивности, которая падает на образец от заднего полупространства и передается указанным образцом. Три измерения должны быть выполнены, для того, чтобы определить отдельные параметры излучательной способности, отражательной способности и коэффициента пропускания.
Излучательная способность, измеренная на композиционном материале в диапазоне длин волн от 2 мкм до примерно 4 мкм, зависит от температуры. Чем выше температура, тем выше эмиссия. При 600°C нормальная излучательная способность в диапазоне длин волн от 2 мкм до 4 мкм выше чем 0,6. При 1000°C нормальная излучательная способность во всем диапазоне длин волн от 2 мкм до 8 мкм выше чем 0,75.
Элемент 300 для поддержки подложки имеет две продольные стороны 301a, 301b и две поперечные стороны 302a, 302b. На каждой из поперечных сторон 302a, 302b расположены две выступающие части 303, посредством которых элемент 300 для поддержки подложки может быть присоединен к поперечным стержням поддерживающей рамы (не показано).
Элемент 300 для поддержки подложки имеет длину 300 мм (соответствующую продольным сторонам 301a и 301b, каждая из которых включает выступы 303, которые выступают на длину 30 мм) и ширину 200 мм (соответствующую поперечной стороне 302a, 302b). Толщина элемента 300 для поддержки подложки составляет 4 мм.
Опорная поверхность 304 в форме прямоугольной впадины предоставлена для полупроводника на верхней стороне (A) элемента 300 для поддержки подложки. Опорная поверхность 304 имеет прямоугольную форму и имеет длину 121 мм и ширину 121 мм. Опорная поверхность 304 действует как в качестве опорной поверхности для подложки, так и в качестве излучающей поверхности для теплового излучения. Направление излучения обозначено стрелкой-указателем 308.
2
Токопроводящая дорожка 305, которая изготовлена из платиновой резистивной пасты, нанесена на лицевую сторону нижней стороны (B). Токопроводящая дорожка 305 имеет извилистое направление. Контакты 306 для подачи электрической энергии приварены к каждому концу токопроводящей дорожки 305. Токопроводящая дорожка 305 проложена внутри площади поверхности 307, которая соответствует опорной поверхности 304. Расстояние между смежными сегментами токопроводящей дорожки составляет 2 мм. Токопроводящая дорожка 305 имеет площадь поперечного сечения по меньшей мере 0,02 мм при ширине 1 мм и толщине 20 мкм. Вследствие малой толщины, доля материала дорогостоящей токопроводящей дорожки является низкой по сравнению с ее эффективностью. Токопроводящая дорожка 305 имеет непосредственный контакт с нижней стороной элемента 300 для поддержки подложки, так что набольшее возможное количество тепла перемещается в элемент 300 для поддержки подложки.
3
Как опорная поверхность 307, так и токопроводящая дорожка 305 покрыты отражающим слоем 309, изготовленным из непрозрачного кварцевого стекла. Отражающий слой 309 имеет среднюю толщину слоя 1,7 мм. Это характеризуется высокой плотностью примерно 2,15 г/см. Кроме того, он является термостойким вплоть до температур выше, чем 1100°C. Отражающий слой 309 полностью покрывает токопроводящую дорожку 305 и тем самым защищает ее от химических и механических воздействий со стороны окружающей среды. Кроме того, он отражает излучение, эмитированное элементом для поддержки подложки в направлении нижней стороны, и отражает указанное излучение назад в направлении к любой подложке, которая расположена на опорной поверхности 304.
Фиг. 4 представляет собой вид сверху нижней стороны 401 альтернативного варианта осуществления элемента 400 для поддержки подложки.
Элемент для поддержки подложки 400 изготовлен полностью из композиционного материала, матричным компонентом которого является кварцевое стекло, при этом фаза, изготовленная из элементарного кремния, добавлена к кварцевому стеклу в концентрации 3%.
Токопроводящая дорожка 402, изготовленная из серебряной пасты, нанесена печатным способом на нижнюю сторону 401 и обожжена. Токопроводящая дорожка 402 имеет извилистое направление, в котором искривленные участки сужаются под острым углом. Это имеет то преимущество, что, в противоположность закругленному криволинейному пути, краевые области элемента для поддержки подложки имеют более низкую плотность покрытия токопроводящей дорожкой. Это обеспечивает то, что краевые области не нагреваются чрезмерным образом во время функционирования по сравнению с центральной областью элемента 400 для поддержки подложки. Форма токопроводящей дорожки тем самым способствует наиболее равномерному возможному облучению любой подложки, расположенной на верхней стороне. Кроме того, отражатель не был применен для нижней стороны 401, в особенности для проводника 402, так что излучение, эмитированное в области нижней стороны 401, доступно для облучения соседней подложки, расположенной ниже.
Фиг. 5 представляет собой вид сверху нижней части элемента для поддержки подложки по данному изобретению, имеющему общее цифровое обозначение 500. На нижнюю сторону в соответствии с опорной поверхностью нанесены две токопроводящие дорожки 501, 502, изготовленные из платины, и электрическое напряжение может быть приложено к каждой индивидуальным образом. Поскольку токопроводящие дорожки 501, 502 индивидуальным образом электрически контролируются, а именно, они могут функционировать при разных рабочих напряжениях или рабочих токах, желательное распределение температуры на подложке, подлежащей нагреванию, может быть установлено просто и быстро посредством выбора подходящим образом рабочих напряжений или рабочих токов.
Фиг. 6 представляет собой вид сверху нижней стороны четвертого варианта осуществления элемента 600 для поддержки подложки в соответствии с данным изобретением. Элемент600 для поддержки подложки содержит две токопроводящие дорожки 601, 602, каждая из которых индивидуальным образом электрически контролируется.
Было найдено, что во время термической обработки подложки краевые области подложки часто нагреваются более интенсивно, чем ее центральная область. Наиболее равномерное возможное распределение температуры достигают на подложке, подлежащей нагреванию, посредством того, что токопроводящие дорожки, которые могут функционировать независимым одна от другой образом при разных рабочих токах или рабочих напряжениях, расположены на краевой области и на центральной области. На Фиг. 6, токопроводящая дорожка 602 расположена на краевой области подложки, и токопроводящая дорожка 601 расположена на центральной области подложки. Возможно достижение равномерного облучения подложки посредством изменения рабочих токов или рабочих напряжений, приложенных к токопроводящим дорожкам 601, 602.