EP2875523A1 - Vorrichtung zur bestrahlung eines substrats - Google Patents

Vorrichtung zur bestrahlung eines substrats

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Publication number
EP2875523A1
EP2875523A1 EP13753110.9A EP13753110A EP2875523A1 EP 2875523 A1 EP2875523 A1 EP 2875523A1 EP 13753110 A EP13753110 A EP 13753110A EP 2875523 A1 EP2875523 A1 EP 2875523A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
curvature
radiator
radiator tube
radius
irradiation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13753110.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sven Linow
Larisa Von Riewel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Excelitas Noblelight GmbH
Original Assignee
Heraeus Noblelight GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Heraeus Noblelight GmbH filed Critical Heraeus Noblelight GmbH
Publication of EP2875523A1 publication Critical patent/EP2875523A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/0033—Heating devices using lamps
    • H05B3/0038—Heating devices using lamps for industrial applications
    • H05B3/0047—Heating devices using lamps for industrial applications for semiconductor manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P72/00—Handling or holding of wafers, substrates or devices during manufacture or treatment thereof
    • H10P72/04—Apparatus for manufacture or treatment
    • H10P72/0431—Apparatus for thermal treatment
    • H10P72/0436—Apparatus for thermal treatment mainly by radiation

Definitions

  • the present invention relates to a device for irradiating a substrate, comprising a housing, and within the housing a receptacle for the substrate to be irradiated with a circular, a first semicircular part surface and a second semicircular part surface comprising the irradiation surface, a first A spotlight for generating optical radiation with a first radiator tube arranged in a plane of curvature extending parallel to the irradiation surface, having a radiator tube end through which a power supply is routed, wherein the receiver and the first radiator are movable relative to one another.
  • the present invention relates to a use of the device according to the invention for irradiating a substrate.
  • the present invention relates to a radiator for the generation of optical radiation, comprising a curved in a plane of curvature radiator tube with a radiator tube end through which a power supply is guided, wherein the radiator tube comprises a plurality of curved curved sections each having a radius of curvature.
  • Such devices or emitters are used, for example, for drying paints and varnishes, for curing coatings, for heating food products or for processing semiconductor wafers.
  • State of the art are used, for example, for drying paints and varnishes, for curing coatings, for heating food products or for processing semiconductor wafers.
  • Known devices for irradiation and / or thermal treatment of a substrate consist of a process chamber, within which a receptacle for the substrate to be irradiated and at least one optical emitter, for example an infrared emitter, are arranged.
  • a uniform irradiation of the substrate surface or a homogeneous temperature distribution within the substrate of importance are arranged. Uniform irradiation of the substrate surface is therefore fundamentally desirable if a homogeneous temperature distribution can already be achieved in this way.
  • the homogeneous temperature distribution within the substrate can, however, also be achieved by radially inhomogeneous irradiation of the substrate.
  • the disclosed therein rapid heating system for semiconductor wafer has a rotatably mounted receptacle for a substrate with a circular irradiation surface and a plurality of infrared radiator with a linear, cylindrical-elongated radiator tube made of quartz glass.
  • a plurality of optical radiators are arranged parallel to one another in the rapid heating system; they form a surface radiator in their entirety.
  • the infrared radiators are arranged in two irradiation planes, namely above and below the irradiation surface. Due to the planar juxtaposition of the infrared radiator, a plurality of infrared radiators are provided relative to the surface to be irradiated in the irradiation device.
  • the irradiation device furthermore has a high radiation power per unit area.
  • the heat output of the infrared radiators must be matched to each other. This applies in particular to the edge regions of the irradiation surface.
  • An irradiation device with a planar juxtaposition of linearly stretched infrared radiators is therefore both constructive and control technology consuming.
  • radiators with a circularly curved radiator tube are known in addition to radiators with a linear, cylindrical-elongated radiator tube from the prior art.
  • DE 88 02 042 U1 teaches an infrared radiation Source with multiple curved in a plane radiator tube with a circular Grundformt.
  • the round radiator is suitable, for example, for heating cooktops, or for heating pipe surfaces.
  • JP 63-222 430 A discloses an apparatus for irradiating wafers, in which a plurality of radiators having a semicircular radiator tube are arranged in pairs parallel to an irradiation plane such that they run around a center of the irradiation plane in concentric circles.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a device for irradiating a substrate, which enables a rotationally symmetrical-homogeneous temperature distribution of the substrate with the least possible constructive and control-technical effort. Furthermore, the invention has for its object to provide a suitable use of the device according to the invention.
  • the invention has for its object to provide a radiator for the generation of optical radiation, which allows based on a semi-circular irradiation surface, a substantially constant irradiation intensity or temperature distribution and which is also easy and inexpensive to manufacture.
  • this object is achieved on the basis of a device for irradiating a substrate of the type mentioned in the introduction, in that the first radiator tube has a curved illumination longitudinal section which, in the plane of curvature, has mirror symmetry. risch-oval basic shape, wherein the first illumination length portion is assigned to one of the semi-circular partial surfaces.
  • a first radiator for the generation of optical radiation is provided within the housing in addition to a receptacle for the substrate to be irradiated. Because the receptacle and the radiator are movable relative to one another, a circular irradiation surface is irradiated by the first radiator.
  • the receptacle and / or the first radiator are rotatable about an axis of rotation for this purpose.
  • Optical emitters in the sense of the invention are, for example, infrared emitters, UV emitters or emitters for the emission of visible light.
  • the device may comprise one or more radiators.
  • a homogeneous irradiation of the irradiation surface is achieved if, per unit of time, a uniformly uniform irradiation intensity strikes every surface unit of the irradiation surface. Due to the fact that the receptacle and the first radiator are movable relative to one another, the rotational movement basically achieves a homogeneous irradiation of the points of the substrate lying on a common circular path.
  • a first radiator is provided with a first radiator tube, which has a curved illumination length section.
  • the bending of the illumination length section results in a larger effective radiator length section in a circular path which is farther away from the pivot point, so that a higher irradiation intensity can also be provided for the radially-spaced radiating surface .
  • the illumination length section is understood to be the area of the radiation tube within which usable radiation is generated.
  • the illumination length section corresponds to or is smaller than the radiator tube length. He has according to the invention has a mirror-symmetrical-oval basic shape.
  • a mirror-symmetrical-oval basic shape is understood a roundish convex shape with at least two different curvature sections. It comprises a curved, first region with a first radius of curvature and an elongated, second region with a second radius of curvature, wherein the second radius of curvature is greater than the first radius of curvature. Due to the different radii of curvature, the illumination length section has a compressed and stretched shape.
  • the basic shape may be closed, but preferably it is open.
  • the mirror symmetry of the basic form contributes to a uniform irradiation of the irradiation surface. Due to the mirror-symmetrical oval shape, a homogeneous irradiation of the irradiation surface can be achieved by using the elongated region of the radiator tube to irradiate a portion of the irradiation surface at a large radial distance from the rotation axis, preferably an edge region of the irradiation surface. As a result, an irradiation intensity adapted to the radial distance is made possible. By varying this basic form, a homogeneous temperature distribution can also be ensured for those cases in which an uneven irradiation intensity is required.
  • the basic form is suitable for increasing the irradiance with increasing radial distance from the center of the irradiation surface.
  • the illumination longitudinal section is assigned to one of the semicircular partial surfaces of the irradiation surface. Such an assignment makes it possible to achieve sufficient irradiation of the irradiation surface in the edge area and in the area of the axis of rotation, for example by making the elongate area of the illumination length of an outer zone of the irradiation area and the remaining area of the irradiation area curved region is assigned to an inner, rotational axis-proximal portion of the irradiation surface.
  • the device comprises a second radiator for the generation of optical radiation with a arranged in the plane of curvature, the second radiator tube with a radiator tube end through which a power supply is performed, summarized, the second Emitter tube has a curved illumination length portion which extends in the plane of curvature with mirror-symmetrical-oval basic shape, and that the illumination length sections of the first and the second optical emitter are point symmetrical to each other.
  • a second emitter for the generation of optical radiation with a curved illumination length section with a mirror-symmetrical-oval basic shape contributes to a uniform, rotationally symmetric-homogeneous irradiation of the irradiation surface or of the substrate.
  • the fact that both the first and the second radiator are arranged in the same curvature plane, their distance from the irradiation surface is the same.
  • a particularly homogeneous irradiation or temperature distribution is therefore obtained when the radiation power and distribution of the second radiator corresponds to that of the first radiator.
  • the second optical emitter therefore preferably corresponds to the first optical emitter.
  • the illumination length sections of the first and the second radiator have a mirror-symmetrical shape
  • a central axis is defined for each radiator.
  • the two radiators are arranged such that the illumination lengths of the first and the second optical radiators are point-symmetrical to one another.
  • the center axes of both radiators are offset or collinear with each other.
  • Both radiators are essentially associated with a semicircular partial surface or with both semicircular partial surfaces.
  • the illumination length section of the first Radiator comprises a plurality of curved curved portions each having a radius of curvature, wherein the illumination length from the Strahlerrohr- end successively seen a first curvature section with left curvature and a first radius of curvature, a second curvature section with right curvature and a second radius of curvature, a third curved section with right curvature and a third radius of curvature, a fourth curvature section with right curvature and the second radius of curvature and a fifth curvature section with left curvature and the first radius of curvature, wherein the third radius of curvature is at least a factor of three greater than the first and the second radius of curvature.
  • the first radiator has a plurality of curved curved sections whose course is defined by a central axis of the radiator tube.
  • a curvature section is understood to mean a section of the radiator tube whose profile can be approximately described by a circle. In each case a radius of curvature is determined for each curvature section. The radius of curvature is the distance between the center of this circle and the radiator center axis.
  • the curvature portions may be directly adjacent to each other or spaced apart.
  • Each curvature section also has a curvature direction which extends in a plan view on the curvature plane to the right or to the left.
  • the length of illumination of the radiator tube which is directly or indirectly consecutive, has the following curvature sections: a first curvature section with left curvature and a first curvature radius, a second curvature section with right curvature and a second curvature radius, a third curvature section with right curvature and a third radius of curvature, a fourth curvature section with right curvature and the second radius of curvature and a fifth curvature section with left curvature and the first radius of curvature.
  • the third radius of curvature is at least a factor of three greater than the first and the second radius of curvature, a comparatively flat and elongated third curved section is obtained, which is available for irradiation of, for example, the edge area, compared to the other curved sections.
  • a comparatively large illumination length section is assigned to the edge region.
  • the length of the third curvature portion constitutes 25% to 50% of the length of the illumination length. If the length of the third curvature section is less than 25% of the illumination length, the radiator has only a small longitudinal extent. If the length of the third curvature section is more than 50%, an unnecessarily long stretched curvature section is obtained.
  • first and the second curved portion and the fourth and the fifth curved portion are spaced from each other by a linear radiator tube section.
  • the distance between the radiator tube ends can be adjusted.
  • the length of the linear radiator tube sections influences the later position of the radiator tube ends.
  • the linear sections also make it easier to maintain a certain distance between the power supplies and thus their electrical contact.
  • linear sections viewed from the point of intersection of the axis of rotation with the plane of curvature, run at least partially in the radial direction, so that the course and the length of the linear sections also adjust the irradiation intensity per unit area with respect to the part of the irradiation area assigned to the linear sections can.
  • the first radiator tube has a radiator tube length, and that the illumination length section of the first radiator is at least 75%, preferably at least 90%, of the radiator tube length.
  • the emitter tube Due to the fact that the illumination length section makes up at least 75% of the emitter tube length, the emitter tube has a small proportion of unlit areas. Such a radiator tube ensures a compact design of the radiator and thus the irradiation device. This is especially true when the illumination length portion is at least 90% of the radiator tube length.
  • the circular irradiation surface comprises an inner irradiation zone in the form of a circular area and an annular, outer irradiation zone surrounding the inner irradiation area, wherein the circular, inner irradiation zone and the annular outer irradiation zone have the same surface area, and 40 % to 70% of the length of the illumination length of the first radiator associated with the outer annular irradiation zone.
  • the irradiation surface has a circular, inner irradiation zone and a surface-identical annular, outer irradiation zone.
  • the center of the outer and inner irradiation zones is formed by the rotation axis of the irradiation device. Because the receptacle and the first radiator are movable relative to one another, homogeneous irradiation is only achieved if a larger radiation power is provided with increasing radial distance from the axis of rotation.
  • the radiation power incident on the outer irradiation zone depends, for example, on the length of the illumination length section (illumination length) associated with the outer annular irradiation zone.
  • the illumination length is associated with or goes beyond the circular, inner irradiation zone and the annular, outer irradiation zone.
  • the illumination length section of the first radiator is arranged exclusively over one of the semicircular partial surfaces.
  • a radiator arranged exclusively over one of the semicircular partial surfaces basically results in that at any time only a portion of the substrate to be irradiated is always heated. However, any heating differences that occur are dependent on the relative speed of rotation. At a high rotational speed, the effect of different heating is lost.
  • An illumination longitudinal section of the first radiator arranged exclusively over the first semicircular partial surface permits a particularly compact design of the irradiation device, wherein the space above the second semicircular partial surface basically also for another use, for example for a metering device for applying a liquid to the substrate to be irradiated remains.
  • the first radiator tube has a first radiator tube diameter, and that the first and the second radii of curvature of the first radiator tube are at least 1.0 times, preferably at least 1.5 times. times the first radiator tube diameter is.
  • a radius of curvature of at least 1.5 times the radiator tube diameter is easy and inexpensive to manufacture.
  • a reflector for reflection of the optical radiation is provided within the housing.
  • a reflector enables energy-efficient operation of the device.
  • a reflector also leads to a faster heating of the substrate, so that the process times can be shortened.
  • the reflector can be diffuse or specularly reflective. It is applied, for example, on the radiator 5 or on the housing or the housing itself acts as a reflector.
  • the device according to the invention with a first radiator in the form of an infrared radiator is particularly suitable for the processing of semiconductor wafers.
  • the device according to the invention for irradiating a substrate with a first radiator in the form of a gas discharge radiator with inert gas filling can be used advantageously for curing coatings on optical storage media or semiconductor wafers.
  • argon, krypton or xenon can be used as the filling gas.
  • window wherein the window of quartz glass, aluminum silicate glass, Vycor or sapphire is made and more than 75%, preferably more than 85% of the incident on the window, the optical radiation generated by the radiator passes.
  • window serves to protect the radiator from contamination.
  • Vycor is the brand name of a glass made by Corning.
  • the device comprises a cooling element that allows cooling of the substrate by means of gas flow.
  • gases are, for example, noble gases and nitrogen.
  • the housing has a thermal shock resistance of more than 30 10 K s "1 , more preferably of more than 100 K s ' and a thermal mass (defined as the density * specific heat at 20 ° C) of less than 2.5 J cm "2 K” ⁇ more preferably less than 1, 8 J cm “2 K” -1.
  • the abovementioned technical object is achieved on the basis of a radiator with the features mentioned above according to the invention in that the radiator tube has a curved illumination longitudinal section which runs in the plane of curvature with a mirror-symmetrical oval basic shape, the illumination longitudinal section radiating from the radiator tube.
  • Optical emitters in the sense of the invention are, for example, infrared emitters, UV emitters or emitters for the emission of visible light.
  • the radiator according to the invention is particularly suitable for the uniform irradiation of a semicircular irradiation zone.
  • the semicircular irradiation zone comprises an outer zone assigned to the circular edge area of the irradiation zone and an inner zone surrounding the center of the corresponding full circle in a semicircle.
  • the radiator according to the invention has a plurality of curved curvature sections whose course is defined by a central axis of the radiator tube.
  • a curvature section is understood to mean a section of the radiator tube whose profile can be approximately described by a circle.
  • the curvature portions may be directly adjacent to each other or spaced apart from each other.
  • Each curvature section also has a curvature direction which extends in a plan view on the curvature plane to the right or to the left.
  • the third radius of curvature is at least a factor of three greater than the first and the second radius of curvature, a comparatively flat and elongated third curved section is obtained in comparison with the other curved sections, which is subsequently irradiated for irradiation, for example, to the outer zone of the irradiation zone Available.
  • a comparatively large illumination length section is assigned to the edge region of the irradiation zone.
  • the length of the third curvature section makes up 25% to 50% of the illumination length section.
  • the illumination length section has a mirror-symmetrical oval basic shape.
  • the basic shape is either closed or open.
  • the basic shape is open.
  • the mirror symmetry of the basic shape contributes to a uniform irradiation of the base surface.
  • the radiator tube has a radiator tube length, and that the illumination length section constitutes at least 75%, preferably at least 90%, of the respective radiator tube length.
  • the emitter tube has a small proportion of unlit areas, as a result of which a compact emitter is obtained. This is especially true if the illumination length section makes up at least 90% of the radiator tube length. It has proven useful if the radiator tube has a radiator tube diameter, and that the first and second radii of curvature of the radiator tube is at least 1.0 times, preferably at least 1.5 times, of the first radiator tube diameter.
  • the radius of curvature which is at least 0 times, preferably at least 1.5 times, of the radiator tube diameter contributes to a compact design of the radiator and, moreover, is simple and inexpensive to manufacture.
  • Figure 1 shows a first embodiment of the inventive device for
  • FIG. 2 a spatial representation of a second embodiment of the device according to the invention with an irradiation space lying between the irradiation surface and the plane of curvature, in which the irradiation field is irradiated with an optical emitter having a mirror-symmetrical-oval illumination length section.
  • the irradiation field is irradiated with an optical emitter having a mirror-symmetrical-oval illumination length section.
  • FIG. 3 shows a first embodiment of a radiator for the production of optical
  • FIG. 4 shows a second embodiment of a radiator for the generation of optical radiation according to the invention for use in a device according to the invention for irradiating a substrate.
  • FIG. 1 schematically shows a plan view of a first embodiment of the inventive irradiation apparatus for the processing of semiconductor wafers, to which the reference numeral 100 is assigned overall.
  • the device 100 comprises a housing 101, as well as within the housing 101 a around a rotation axis (not shown) rotatable receptacle 102 for a substrate 103 to be irradiated, a thermal infrared radiator 105 with a radiator tube 106 15 and a passage 120 for a metering device (not shown ).
  • the receptacle 102 has a circular irradiation surface 104, which is subdivided into a first semicircular part surface 104a and a second semicircular part surface 104b.
  • the irradiation surface has an inner irradiation zone 116 in the form of a circular area and an annular outer irradiation zone 117 of the same area.
  • the thermal infrared radiator 105 is arranged inside the housing 101 in a plane of curvature parallel to the irradiation surface 104.
  • a gas-tight seal 108a, 108b of the radiator tube 106 is provided, through which a power supply 109a, 25 109b is guided.
  • a acting as a reflector layer of S1O 2 is applied.
  • the emitter tube 106 also has a plurality of curved curvature sections 110, 111, 112, 113, 114.
  • the curvature portion 110 From the center 115 of the device 100, the curvature portion 110 has a left curvature with a radius of curvature of 25 mm, the curvature portion 111 a right curvature with a curvature radius of 25 mm, the curvature portion 112 a right curvature and a curvature radius of 180 mm, the curvature portion 113 a right curvature with a radius of curvature of 25 mm and the curvature portion 114 a left curvature with a radius of curvature of 25 mm.
  • the bent curved sections 110, 111, 112, 113, 114 form the lighting length section of the infrared radiator 105.
  • the lighting longitudinal section runs in the plane of curvature with a mirror-symmetrical-oval shape; it is arranged exclusively over the semi-circular partial surface 104b and accounts for 90% of the radiator tube length.
  • 65% of the length of the radiator tube 106 is associated with the outer annular irradiation zone 117.
  • a window 107 made of quartz glass is arranged between the plane of curvature and the irradiation surface 104.
  • the device 100 comprises a second infrared radiator (not shown), which is also arranged in the plane of curvature.
  • the second infrared radiator is designed like the infrared radiation 105; in the curvature plane, it is arranged offset relative to the infrared radiator 105 in such a way that the illumination longitudinal sections of the infrared radiator 105 and of the second infrared radiator are point-symmetrical to each other.
  • FIG. 2 schematically shows in a spatial representation a second embodiment of the device according to the invention for irradiating a substrate 200.
  • the device 200 has a receptacle for the substrate to be irradiated with an irradiation surface 202 and a curvature plane 201.
  • the curvature plane 201 of the device 200 is shown in FIG. 2 as a circular area with the center point 207.
  • the radiation tube of a curved infrared radiator extends with a lighting Length section which extends in the plane of curvature with mirror-symmetrical-oval shape (not shown).
  • the irradiation surface 202 is arranged parallel to the curvature plane 201; It is also shown as a circular area.
  • the center 208 of the circular surface of the irradiation surface 202 and the center 207 define an axis of rotation 209 about which the infrared radiator and the receptacle for the substrate to be irradiated are movable relative to each other.
  • the irradiation surface 202 comprises a first semicircular part surface 203 and a second semicircular part surface 204.
  • the irradiation surface 202 has an inner irradiation zone 205 in the form of a circular surface with the radius ⁇ .
  • the inner irradiation zone 205 is surrounded by an outer, annular irradiation zone 206 whose radius is denoted by r a .
  • the substrate to be irradiated is also shown in FIG. 2 as a hatched circular area 210 with the radius r.
  • FIG. 3 shows a first embodiment of the thermal infrared radiator 300 according to the invention in plan view (A), side view (B) and in spatial representation (C).
  • the thermal infrared radiator 300 is suitable for use in the device 100, 200 according to the invention as shown in FIG. 1 or FIG. 2.
  • the infrared radiator 300 has a radiator tube 301 which is bent in a plane of curvature and has a plurality of curvature sections 310, 311, 312, 313, 314.
  • the curvature of the radiator tube 301 is shown by the dashed line 320.
  • a tungsten filament (not shown) is arranged as a thermal radiator.
  • a gas-tight seal 302a, 302b is provided at both ends of the radiator tube 301, through each of which a power supply is performed.
  • the gas-tight seals 302a, 302b have a distance a of 70 mm.
  • the length b, c of the power supply lines 305a, 305b is 200 mm.
  • the radiator dimensions d, e and f are 71 mm, 116 mm and 4 mm, respectively.
  • the radiator tube 301 has a radiator tube outer diameter of 10 mm; it is filled with argon.
  • the filling pressure is 800 mbar at room temperature.
  • the radiator 300 has a rated voltage of 360 V and a rated power of 2,790 W.
  • the length of the tungsten filament is 465 mm. Consequently, the specific power of the radiator 300 with respect to the length of the helix at rated voltage is 60 W / cm. Below rated voltage, the filament temperature is 1,600 ° C.
  • a reflector layer of opaque diffusely scattering quartz glass is applied (QRC ® from Heraeus Noblelight).
  • FIG. 4 shows a second embodiment of the radiator according to the invention in the form of the thermal infrared radiator 400 in plan view (A), side view (B) and in spatial representation (C).
  • the thermal infrared radiator 400 is suitable for use in the device 100, 200 according to FIG. 1 or FIG. 2 according to the invention.
  • the infrared radiator 400 has a radiator tube 401 bent in a plane of curvature and having a plurality of curvature sections 410, 411, 412, 413, 414.
  • the curvature of the radiator tube 401 is shown by the dashed line 420.
  • a tungsten filament (not shown) is arranged as a thermal radiator.
  • a gas-tight seal 402a, 402b is provided at both ends of the radiator tube 401, through which a respective power supply is routed.
  • the gas-tight seals 402a, 402b have a distance a of 70 mm.
  • the length b, c of the power supply lines 405a, 405b is 200 mm.
  • the radiator dimensions d, e, h and g are 75 mm, 112 mm, 43 mm and 32 mm, respectively.
  • the radiator tube 401 has a radiator tube outer diameter of 10 mm; it is filled with argon.
  • the filling pressure is 800 mbar at room temperature.
  • the radiator 400 has a rated voltage of 360 V and a rated power of 4,300 W.
  • the length of the tungsten filament is 430 mm. Accordingly, the specific power of the radiator 400 relative to the length of the helix at rated voltage is 100 W / cm. Below rated voltage, the coil temperature is 2,600 ° C.
  • a reflector layer of opaque diffusely scattering quartz glass is applied (QRC ® from Heraeus Noblelight).
  • the medium to be cured (a paint, an epoxy resin, or the like) is given as a fluid centered on the rapidly rotating disk, so that it is distributed homogeneously on the surface of the disk due to the rotation of the disk.
  • the fluid when the surface is completely wetted and the layer is nearly homogeneous, is exposed to intense radiation which allows the crosslinking of monomers of the fluid.
  • an emitter according to the invention in the form of a discharge lamp which in normal operation has a high proportion of the emitted radiation intensity in the region of the effective wavelength of the crosslinking.
  • the optical radiator is arranged in a plane parallel to the surface of the data carrier at a distance of 20 mm. This distance is defined on the one hand by the center of the discharge in the radiator tube and on the other hand by the surface of the data carrier.
  • the electrodes of the optical radiator are so orders that the attachment points of the arc in the new condition of the radiator are located on a plane that also includes the axis of rotation.
  • the radiator tube of the optical radiator is made of a quartz glass tube of 1 * 6 mm, wherein the first number (“1") of the wall thickness in mm and the second numerical value ("6") corresponds to the outer diameter in mm.
  • the radii of the radiator tube are at least 10 mm.
  • the irradiation device has an opening for the metering addition of the fluid in the region of the axis of rotation of the data carrier.
  • the device for receiving and rotating the data carrier is located below, the irradiation device above the plane which is defined by the data carrier.
  • the housing of the irradiation device consists of a body made of aluminum, the radiator side has high-quality, the optical radiation reflecting surfaces.
  • the housing completely encloses the optical emitter.
  • the electrical leads are arranged in the housing.
  • additions and discharges for a cooling gas in the aluminum body are introduced into the housing in addition to the feeders for the electrical connections and the passage for the metering device, so that the housing with up to 10 l / min of nitrogen can be actively cooled.
  • a window of quartz glass with 2.0 mm thickness is inserted between the optical radiator and the data carrier. The quartz glass window is fixed without additional seal on the aluminum body, the gap widths are consistently less than 0.1 mm.
  • the quartz glass has a thermal shock resistance of 1000 K s "1 , aluminum of better 10 K s " 1 , the thermal mass (defined as density * specific heat at 20 ° C) of aluminum is 2.42 J cm “2 K '1 , of quartz glass better than 1, 8 J cm “2 K ⁇ 1 .
  • the embodiment 1 corresponds to the embodiment 1a with the following differences:
  • the device according to Example 1b differs from the device of Example 1a in that the housing does not completely surround the optical emitter.
  • the radiator ends of the optical radiator are led out of the radiation space. They are watertight sealed in the area in which they are led out of the radiation room.
  • the electrical leads are arranged outside the housing. Furthermore, inlets and outlets are introduced for a cooling fluid in the aluminum body, so that the housing can be actively cooled with up to 6 l / min of deionized water.
  • the quartz glass window is attached to the aluminum body of the housing with an additional Viton seal.
  • Example 2 relates to the application of the device according to the invention according to FIG. 1 in a process for curing protective lacquer on data carrier blanks (CD, DVD, Blue Ray, etc.) by means of spin coating.
  • data carrier blanks CD, DVD, Blue Ray, etc.
  • Embodiment 2 corresponds to embodiment a with the following differences:
  • the housing of the irradiation device is a body made of quartz glass, the IR source is coated with a layer of opaque, diffusely reflective quartz glass (QRC ® from Heraeus Noblelight).
  • inlets and outlets for a cooling gas are introduced into the housing so that the housing can be cooled actively with up to 2 l / min of nitrogen.
  • a cleaning solution comprising a solvent (for example water, methanol, isopropanol, acetone) which may also contain active substances (for example sulfuric acid, phosphoric acid, ammonia, aqua regia, hydrofluoric acid) is applied to the wafer from the top side.
  • the cleaning solution is already placed at a temperature close to the evaporation point of the liquid on the wafer for a particularly intensive or fast process control.
  • the wafer is irradiated with infrared radiation.
  • Infrared radiation in the range ⁇ 1100 nm is preferably used when the wafer itself is to be heated, infrared radiation> 1500 nm is preferably used when the cleaning solution itself is to be heated.
  • the following arrangement is chosen: Above the rapidly rotating wafer (> 100 min -1 ) is a device which applies the cleaning solution to the wafer, otherwise the wafer is flowed around with a gas stream of low turbulence from above.
  • a device for receiving the wafer by means of pins this device also puts the wafer in rotation.
  • Zwi see rotating device and wafer is also the irradiation device, but resting.
  • the housing of the irradiation device consists of an opaque glass ceramic (eg MACOR TM from Corning) and is made in one piece. There are provided feeds for the electrical connections of the radiator and channels for the supply of cooling gas.
  • a disc of quartz glass eg GE 200 or comparable quality
  • the window is placed with a gap width of 0.15 mm, this gap being defined by means of some suitable support points projecting from the housing, so that a cooling gas rate of 1.3 l / min is achieved.
  • Nitrogen provided as a cooling gas Nitrogen provided.
  • the thermal mass of MACOR is 2.0 J cm '2 K " of quartz glass is less than 1.8 J cm “ 2 K "1 .
  • Example 3b describes an alternative embodiment of a device according to the invention and its use for cleaning silicon wafers with a diameter of 12 inches or 300 mm.
  • the embodiment 3b corresponds to the embodiment 3a with the following differences:
  • the housing is made of quartz glass (e.g., 7940 from Corning) in one piece. There are provided feeds for the electrical connections of the radiator and channels for the supply and discharge of cooling gas. As an optical window, a disk of quartz glass is provided with a thickness of 1, 5 mm, which is placed without a defined gap.
  • quartz glass e.g., 7940 from Corning
  • cooling gas nitrogen As the cooling gas nitrogen is provided. It is achieved a cooling gas rate of 1, 0 l / min.
  • the optical emitter used corresponds to the emitter of FIG. 3.

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Abstract

Bekannte Vorrichtungen zur Bestrahlung eines Substrats weisen ein Gehäuse, sowie innerhalb des Gehäuses eine Aufnahme für das zu bestrahlende Substrat mit einer kreisrunden Bestrahlungsfläche und einen ersten Strahler für die Erzeugung optischer Strahlung mit einem in einer parallel zur Bestrahlungsfläche verlaufenden Krümmungsebene angeordneten, ersten Strahlerrohr mit einem Strahlerrohr-Ende auf, wobei die Aufnahme und der erste Strahler relativ zueinander bewegbar sind. Bei diesen Vorrichtungen umfasst die Bestrahlungsfläche eine erste halbkreisförmige Teilfläche und eine zweite halbkreisförmige Teilfläche. Um hiervon ausgehend eine Vorrichtung zur Bestrahlung eines Substrats anzugeben, die eine rotationssymmetrisch-homogene Temperaturverteilung des Substrats ermöglicht, und die darüber hinaus einen geringen konstruktiven und steuerungstechnischen Aufwand erfordert, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das erste Strahlerrohr einen gebogenen Beleuchtungs-Längenabschnitt hat, welcher in der Krümmungsebene mit spiegelsymmetrisch-ovaler Grundform verläuft, wobei der erste Beleuchtungs-Längenabschnitt im Wesentlichen einer der halbkreisförmigen Teilflächen zugeordnet ist.

Description

Vorrichtung zur Bestrahlung eines Substrats Beschreibung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestrahlung eines Substrats, aufweisend ein Gehäuse, sowie innerhalb des Gehäuses eine Aufnahme für das zu bestrahlende Substrat mit einer kreisrunden, eine erste halbkreisförmige Teilfläche und eine zweite halbkreisförmige Teilfläche umfassenden Bestrahlungsfläche, einen ersten Strahler für die Erzeugung optischer Strahlung mit ei- nem in einer parallel zur Bestrahlungsfläche verlaufenden Krümmungsebene angeordneten, ersten Strahlerrohr mit einem Strahlerrohr-Ende, durch das eine Stromversorgung geführt ist, wobei die Aufnahme und der erste Strahler relativ zueinander bewegbar sind.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Verwendung der erfindungsge- mäßen Vorrichtung zur Bestrahlung eines Substrates.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Strahler für die Erzeugung optischer Strahlung, aufweisend ein in einer Krümmungsebene gebogenes Strahlerrohr mit einem Strahlerrohr-Ende, durch das eine Stromversorgung geführt ist, wobei das Strahlerrohr mehrere gebogene Krümmungsabschnitte mit jeweils ei- nem Krümmungsradius umfasst.
Derartige Vorrichtungen beziehungsweise Strahler werden beispielsweise zum Trocknen von Farben und Lacken, zum Aushärten von Beschichtungen, zum Erwärmen von Lebensmittelprodukten oder für die Bearbeitung von Halbleiterscheiben eingesetzt. Stand der Technik
Bekannte Vorrichtungen zur Bestrahlung und/oder thermischen Behandlung eines Substrats bestehen aus einer Prozesskammer, innerhalb der eine Aufnahme für das zu bestrahlende Substrat und mindestens ein optischer Strahler, beispielsweise ein Infrarotstrahler, angeordnet sind. Für das Prozessergebnis sind in der Regel eine gleichmäßig Bestrahlung der Substratoberfläche oder eine homogene Temperaturverteilung innerhalb des Substrates von Bedeutung. Eine gleichmäßige Bestrahlung der Substratoberfläche ist daher grundsätzlich wünschenswert, wenn so bereits eine homogene Temperaturverteilung erreicht werden kann. Pro- zessbedingt oder geometriebedingt, z.B. aufgrund von Verdampfung von Lösemitteln, Abschattung radialer Zonen, Prozessgas-Strömung kann die homogene Temperaturverteilung innerhalb des Substrates jedoch auch durch eine radial inhomogene Bestrahlung des Substrates erreicht werden.
Ein Bestrahlungsvorrichtung der eingangs genannten Gattung ist beispielsweise aus der DE 100 51 125 A1 bekannt. Die darin offenbarte Schnellheizanlage für Halbleiterwafer weist eine drehbar gelagerte Aufnahme für ein Substrat mit einer kreisförmigen Bestrahlungsfläche sowie mehrere Infrarotstrahler mit einem linearen, zylindrisch-gestreckten Strahlerrohr aus Quarzglas auf. Um eine gleichmäßige Strahlungsverteilung insbesondere bei einem rotierenden Substrat zu gewähr- leisten, sind bei der Schnellheizanlage mehrere optische Strahler parallel nebeneinander angeordnet; sie bilden in ihrer Gesamtheit einen Flächenstrahler. Um darüber hinaus eine allseitig homogene Bestrahlung des Substrates zu gewährleisten, sind die Infrarotstrahler in zwei Bestrahlungsebenen, nämlich oberhalb und unterhalb der Bestrahlungsfläche, angeordnet. Bedingt durch die flächenhafte Aneinanderreihung der Infrarotstrahler sind bezogen auf die zu bestrahlende Fläche in der Bestrahlungsvorrichtung eine Vielzahl von Infrarotstrahlern vorgesehen. Die Bestrahlungsvorrichtung weist darüber hinaus eine hohe Strahlungsleistung pro Flächeneinheit auf. Um eine homogene Verteilung der Heizleistung zu erzielen, muss die Heizleistung der Infrarotstrahler auf- einander abgestimmt sein. Dies gilt insbesondere für die Randbereiche der Bestrahlungsfläche. Eine Bestrahlungsvorrichtung mit einer flächenhaften Aneinanderreihung von linear-gestreckten Infrarotstrahlern ist daher sowohl konstruktiv als auch steuerungstechnisch aufwendig.
Darüber hinaus sind neben Strahlern mit einem linearen, zylindrisch-gestreckten Strahlerrohr aus dem Stand der Technik auch Strahler mit einem kreisförmig gekrümmten Strahlerrohr bekannt. So lehrt die DE 88 02 042 U1 eine Infrarotstrah- lungsquelle mit mehrfach in einer Ebene gekrümmtem Strahlerrohr mit kreisförmiger Grundformt. Der Rundstrahler ist beispielsweise zur Erwärmung von Kochfeldern, oder zum Heizen von Rohroberflächen geeignet.
Aus der JP 63 - 222 430 A ist eine Vorrichtung zur Bestrahlung von Wafern be- kannt, bei der parallel zu einer Bestrahlungsebene mehrere Strahler mit einem halbkreisförmigen Strahlerrohr paarweise derart angeordnet sind, dass sie um einen Mittelpunkt der Bestrahlungsebene in konzentrischen Kreisen verlaufen.
DE 18 15 946 A lehrt eine Leuchtstoffröhre mit einem Strahlerrohr, das einen in einer Krümmungsebene oval gebogenen Beleuchtungs-Längenabschnitt aufweist. Technische Aufgabe
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Bestrahlung eines Substrats anzugeben, die eine rotationssymmetrisch-homogene Temperaturverteilung des Substrats bei möglichst geringem konstruktivem und steuerungstechnischem Aufwand ermöglicht. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine geeignete Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung anzugeben.
Schließlich liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Strahler für die Erzeugung optischer Strahlung anzugeben, der bezogen auf eine halbkreisförmige Bestrahlungsfläche eine im Wesentlichen konstante Bestrahlungsintensität oder Temperaturverteilung ermöglicht und der darüber hinaus einfach und kostengünstig zu fertigen ist.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Hinsichtlich der Vorrichtung wird diese Aufgabe ausgehend von einer Vorrichtung zur Bestrahlung eines Substrates der eingangs genannten Gattung erfindungs- gemäß dadurch gelöst, dass das erste Strahlerrohr einen gebogenen Beleuchtungs-Längenabschnitt hat, welcher in der Krümmungsebene mit spiegelsymmet- risch-ovaler Grundform verläuft, wobei der erste Beleuchtungs-Längenabschnitt einer der halbkreisförmigen Teilflächen zugeordnet ist.
Bei der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung ist innerhalb des Gehäuses neben einer Aufnahme für das zu bestrahlende Substrat ein erster Strahler für die Erzeugung optischer Strahlung vorgesehen. Dadurch, dass die Aufnahme und der Strahler relativ zueinander bewegbar sind, wird von dem ersten Strahler eine kreisförmige Bestrahlungsfläche bestrahlt. Die Aufnahme und/oder der erste Strahler sind zu diesem Zweck um eine Drehachse drehbar. Optische Strahler im Sinne der Erfindung sind beispielsweise Infrarotstrahler, UV-Strahler oder Strahler zur Emission von sichtbarem Licht. Die Vorrichtung kann einen oder mehrere Strahler umfassen.
Eine homogene Bestrahlung der Bestrahlungsfläche wird erreicht, wenn pro Zeiteinheit auf jede Oberflächeneinheit der Bestrahlungsfläche eine möglichst gleichmäßige Bestrahlungsintensität auftrifft. Dadurch, dass Aufnahme und erster Strahler relativ zueinander bewegbar sind, wird durch die Rotationsbewegung zwar grundsätzlich eine homogene Bestrahlung der auf einer gemeinsamen Kreisbahn liegenden Punkte des Substrates erreicht. Allerdings nimmt mit zunehmender radialer Entfernung von der Drehachse auch die während einer Zeiteinheit überstri- chene Länge der Kreisbahnen zu, so dass, um eine homogene Bestrahlung zu erreichen, die zu bestrahlende Oberfläche in Abhängigkeit von ihrem radialen Abstand zur Drehachse unterschiedlichen BeStrahlungsintensitäten ausgesetzt werden muss. Die von der Drehachse weiter entfernten Bereiche der Bestrahlungsfläche müssen daher mit höheren Bestrahlungsintensitäten bestrahlt werden.
Um eine rotationssymmetrisch-homogene Bestrahlung oder Temperaturverteilung zu gewährleisten ist gemäß der Erfindung ein erster Strahler mit einem ersten Strahlerrohr vorgesehen, das einen gebogenen Beleuchtungs-Längenabschnitt hat. Im Gegensatz zu einem Strahler mit einem linear-gestreckten Strahlerrohr wird durch die Biegung des Beleuchtungs-Längenabschnitts größerer effektiver Strahler-Längenabschnitt in einer vom Drehpunkt weiterentfernten Kreisbahn er- reicht, so dass für die mit radialem Abstand zunehmende Bestrahlungsfläche auch eine höhere Bestrahlungsintensität bereitgestellt werden kann. Unter dem Beleuchtungs-Längenabschnitt wird der Bereich des Strahlerrohres verstanden, innerhalb dessen nutzbare Strahlung erzeugt wird. Der Beleuchtungs- Längenabschnitt entspricht der Strahlerrohr-Länge oder ist kleiner als diese. Er weist gemäß der Erfindung eine spiegelsymmetrisch-ovale Grundform auf. Unter einer spiegelsymmetrisch-ovalen Grundform wird eine rundlich konvexe Form mit mindestens zwei unterschiedlichen Krümmungsabschnitten verstanden. Sie um- fasst einen gekrümmten, ersten Bereich mit einem ersten Krümmungsradius und einen langgestreckten, zweiten Bereich mit einem zweiten Krümmungsradius, wobei der zweite Krümmungsradius größer als der erste Krümmungsradius ist. Auf- grund der unterschiedlichen Krümmungsradien weist der Beleuchtungs- Längenabschnitt eine gestauchte und gestreckte Form auf. Die Grundform kann geschlossen sein, vorzugsweise ist sie aber geöffnet.
Auch die Spiegelsymmetrie der Grundform trägt zu einer gleichmäßigen Bestrahlung der Bestrahlungsfläche bei. Aufgrund der spiegelsymmetrisch-ovalen Gründform kann eine homogene Bestrahlung der Bestrahlungsfläche erreicht werden, indem der langgestreckte Bereich des Strahlerrohrs zur Bestrahlung eines Anteils der Bestrahlungsfläche mit großer radialer Entfernung von der Drehachse, vorzugsweise eines Randbereichs der Bestrahlungsfläche, eingesetzt wird. Hierdurch wird eine an den radialen Abstand angepasste Bestrahlungsintensität ermöglicht. Durch Variation dieser Grundform kann eine homogene Temperaturverteilung auch für solche Fälle sichergestellt werden, in denen eine ungleichmäßige Bestrahlungsstärke benötigt wird. Besonders bevorzugt ist die Grundform für eine Erhöhung der Bestrahlungsstärke mit zunehmendem radialem Abstand vom Mittelpunkt der Bestrahlungsfläche geeignet. Erfindungsgemäß ist darüber hinaus vorgesehen, dass der Beleuchtungs- Längenabschnitt einer der halbkreisförmigen Teilflächen der Bestrahlungsfläche zugeordnet ist. Durch eine solche Zuordnung ist es möglich, eine ausreichende Bestrahlung der Bestrahlungsfläche im Randbereich und im Bereich der Drehachse zu erreichen, beispielsweise, indem der langgestreckte Bereich der Beleuch- tungslänge einer äußeren Zone der Bestrahlungsfläche und der verbleibende ge- krümmte Bereich einem inneren, drehachsennahen Anteil der Bestrahlungsfläche zugeordnet ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung einen zweiten Strahler für die Erzeugung optischer Strahlung mit einem in der Krümmungsebene angeordneten, zweiten Strahlerrohr mit einem Strahlerrohr-Ende, durch das eine Stromversorgung geführt ist, um- fasst, wobei das zweite Strahlerrohr einen gebogenen Beleuchtungs- Längenabschnitt hat, welcher in der Krümmungsebene mit spiegelsymmetrisch- ovaler Grundform verläuft, und dass die Beleuchtungs-Längenabschnitte des ers- ten und des zweiten optischen Strahlers zueinander punktsymmetrisch verlaufen.
Ein zweiter Strahler für die Erzeugung optischer Strahlung mit einem gebogenen Beleuchtungs-Längenabschnitt mit spiegelsymmetrisch-ovaler Grundform trägt zu einer gleichmäßigen, rotationssymmetrisch-homogenen Bestrahlung der Bestrahlungsfläche beziehungsweise des Substrats bei. Dadurch, dass sowohl der erste als auch der zweite Strahler in derselben Krümmungsebene angeordnet sind, ist ihr Abstand zur Bestrahlungsfläche gleich. Eine besonders homogene Bestrahlung oder Temperaturverteilung wird daher erhalten, wenn die Strahlungsleistung und -Verteilung des zweiten Strahlers der des ersten Strahlers entspricht. Vorzugsweise entspricht der zweite optische Strahler daher dem ersten optischen Strahler.
Dadurch, dass die Beleuchtungs-Längenabschnitte des ersten und der zweiten Strahlers eine spiegelsymmetrische Form aufweisen, ist für jeden Strahler eine Mittelachse festgelegt. In der Krümmungsebene sind die beiden Strahler derart angeordnet, dass die Beleuchtungs-Längenabschnitte des ersten und des zweiten optischen Strahlers punktsymmetrisch zueinander verlaufen. Bei einer solchen Anordnung verlaufen die Mittelachsen beider Strahler versetzt oder kollinear zueinander. Beide Strahler sind im Wesentlichen einer halbkreisförmigen Teilfläche oder beiden halbkreisförmigen Teilflächen zugeordnet.
In einerweiteren, ebenso bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass der Beleuchtungs-Längenabschnitt des ersten Strahlers mehrere gebogene Krümmungsabschnitte mit jeweils einem Krümmungsradius umfasst, wobei der Beleuchtungs-Längenabschnitt vom Strahlerrohr- Ende aus gesehen nacheinander einen ersten Krümmungsabschnitt mit Linkskrümmung und einem ersten Krümmungsradius, einen zweiten Krümmungsab- schnitt mit Rechtskrümmung und einem zweiten Krümmungsradius, einen dritten Krümmungsabschnitt mit Rechtskrümmung und einem dritten Krümmungsradius, einen vierten Krümmungsabschnitt mit Rechtskrümmung und dem zweiten Krümmungsradius und einen fünften Krümmungsabschnitt mit Linkskrümmung und dem ersten Krümmungsradius umfasst, wobei der dritte Krümmungsradius um mindestens den Faktor drei größer als der erste und als der zweite Krümmungsradius ist.
Der erste Strahler weist mehrere gebogene Krümmungsabschnitte auf, deren Verlauf durch eine Mittelachse des Strahlerrohres festgelegt ist. Unter einem Krümmungsabschnitt wird ein Abschnitt des Strahlerrohres verstanden, dessen Verlauf näherungsweise durch einen Kreis beschrieben werden kann. Hierbei ist für jeden Krümmungsabschnitt jeweils ein Krümmungsradius festgelegt. Der Krümmungsradius ist dabei die Strecke zwischen dem Mittelpunkt dieses Kreises und der Strahler-Mittelachse. Die Krümmungsabschnitte können direkt aneinander anschließen oder voneinander beabstandet sein. Jeder Krümmungsabschnitt weist darüber hinaus eine Krümmungsrichtung auf, die in einer Draufsicht auf die Krümmungsebene nach rechts oder nach links verläuft. Vom Strahlerrohr-Ende aus gesehen weist der Beleuchtungs- Längenabschnitt des Strahlerrohrs nacheinander, das hießt unmittelbar oder mittelbar aufeinander folgend, folgende Krümmungsabschnitte auf: einen ersten Krümmungsabschnitt mit Linkskrümmung und einem ersten Krümmungsradius, einen zweiten Krümmungsabschnitt mit Rechtskrümmung und einem zweiten Krümmungsradius, einen dritten Krümmungsabschnitt mit Rechtskrümmung und einem dritten Krümmungsradius, einen vierten Krümmungsabschnitt mit Rechtskrümmung und dem zweiten Krümmungsradius und einen fünften Krümmungsab- schnitt mit Linkskrümmung und dem ersten Krümmungsradius. Dadurch, dass der dritte Krümmungsradius um mindestens den Faktor drei größer als der erste und der zweite Krümmungsradius ist, wird ein im Vergleich zu den anderen Krümmungsabschnitten vergleichsweise flacher und langgestreckter dritter Krümmungsabschnitt erhalten, der für eine Bestrahlung beispielsweise des Randbereichs zur Verfügung steht. Hierdurch wird dem Randbereich ein vergleichsweise großer Beleuchtungslängenabschnitt zugeordnet. Vorzugsweise macht die Länge des dritten Krümmungsabschnittes 25% bis 50% der Länge des Beleuchtungs-Längenabschnitts aus. Beträgt die Länge des dritten Krümmungsabschnittes weniger als 25% der Beleuchtungs-Länge, weist der Strahler nur eine geringe Längserstreckung auf. Beträgt die Länge des dritten Krümmungsabschnittes mehr als 50% wird ein unnötig langer, gestreckter Krümmungsabschnitt erhalten.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der erste und der zweite Krümmungsabschnitt sowie der vierte und der fünfte Krümmungsabschnitt durch einen linearen Strahlerrohr-Abschnitt voneinander beabstandet sind.
Durch einen linearen Strahlerrohr-Abschnitt kann der Abstand zwischen den Strahlerrohr-Enden eingestellt werden. Hierbei beeinflusst insbesondere die Länge der linearen Strahlerrohr-Abschnitte die spätere Position der Strahlerrohr- Enden. Sind darüber hinaus durch beide Strahlerrohr-Enden Stromversorgungen geführt, wird durch die linearen Abschnitte auch die Einhaltung eines bestimmten Abstands zwischen den Stromversorgungen und damit deren elektrische Kontak- tierung erleichtert.
Darüber hinaus verlaufen die linearen Abschnitte vom Schnittpunkt der Drehachse mit der Krümmungsebene aus gesehen zumindest teilweise in radialer Richtung, so dass durch den Verlauf und die Länge der linearen Abschnitte auch die Be- strahlungsintensität pro Flächeneinheit hinsichtlich des den linearen Abschnitten zugeordneten Teils der Bestrahlungsfläche angepasst werden kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das erste Strahlerrohr eine Strahlerrohr-Länge aufweist, und dass der Beleuchtungs-Längenabschnitt des ersten Strahlers mindestens 75%, vorzugsweise mindestens 90%, der Strahlerrohr-Länge ausmacht.
Dadurch, dass der Beleuchtungs-Längenabschnitt mindestens 75% der Strahlerrohr-Länge ausmacht, weist das Strahlerrohr einen geringen Anteil unbeleuchteter Bereiche auf. Ein solches Strahlerrohr gewährleistet eine kompakte Bauform des Strahlers und damit der Bestrahlungsvorrichtung. Dies gilt insbesondere, wenn der Beleuchtungs-Längenabschnitt mindestens 90% der Strahlerrohr-Länge ausmacht.
Es hat sich bewährt, wenn die kreisrunde Bestrahlungsfläche eine innere Bestrah- lungszone in Form einer Kreisfläche und eine die innere Bestrahlungsfläche umgebende, ringförmige, äußere Bestrahlungszone umfasst, wobei die kreisrunde, innere Bestrahlungszone und die ringförmige äußere Bestrahlungszone den gleichen Flächeninhalt aufweisen, und wobei 40% bis 70% der Länge des Beleuch- tungs-Längenabschnitts des ersten Strahlers der äußeren ringförmigen Bestrah- lungszone zugeordnet sind.
Die Bestrahlungsfläche weist in eine kreisrunde, innere Bestrahlungszone und eine flächengleiche ringförmige, äußere Bestrahlungszone auf. Der Mittelpunkt der äußeren und inneren Bestrahlungszone wird durch die Drehachse der Bestrahlungsvorrichtung gebildet. Dadurch, dass die Aufnahme und der erste Strahler relativ zueinander bewegbar sind, wird eine homogene Bestrahlung nur erreicht, wenn mit zunehmender radialer Entfernung von der Drehachse auch eine größere Strahlungsleistung bereitgestellt wird. Die auf die äußere Bestrahlungszone auftreffende Strahlungsleistung hängt beispielsweise von der Länge des Beleuchtungs-Längenabschnitts (Be- leuchtungs-Länge) ab, die der äußeren ringförmigen Bestrahlungszone zugeordnet ist. Die Beleuchtungs-Länge ist der kreisrunden, inneren Bestrahlungszone und der ringförmigen, äußeren Bestrahlungszone zugeordnet oder geht über diese hinaus. Eine der äußeren, ringförmigen Bestrahlungszone zugeordnete Beleuchtungs-Länge von weniger als 40% führt zu einer geringen Bestrahlung der äußeren Bestrahlungszone. Eine der äußeren Bestrahlungszone zugeordnete Be- leuchtungslänge von mehr als 70%, führt zu einem vergleichsweise großen Energieeintrag in die äußere Bestrahlungszone.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Beleuchtungs-Längenabschnitt des ersten Strahlers ausschließlich über einer der halbkreisförmigen Teilflächen angeordnet.
Ein ausschließlich über einer der halbkreisförmigen Teilflächen angeordneter Strahler führt grundsätzlich dazu, dass zu jedem Zeitpunkt stets nur ein Teil des zu bestrahlenden Substrats erwärmt wird. Gegebenenfalls auftretende Erwärmungsunterschiede sind dabei allerdings von der relativen Rotationsgeschwindig- keit abhängig. Bei einer hohen Rotationsgeschwindigkeit verliert sich der Effekt der unterschiedlichen Erwärmung. Ein ausschließlich über der ersten halbkreisförmigen Teilfläche angeordneter Beleuchtungs-Längenabschnitt des ersten Strahlers ermöglicht eine besonders kompakte Bauform der Bestrahlungsvorrichtung, wobei der Raum über der zweiten halbkreisförmigen Teilfläche grundsätzlich auch für eine anderweitige Nutzung, beispielsweise für eine Dosiervorrichtung zum Aufbringen einer Flüssigkeit auf das zu bestrahlende Substrat verbleibt.
In einer anderen, ebenso bevorzugten Modifikation der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass das erste Strahlerrohr einen ersten Strahlerrohr- Durchmesser aufweist, und dass der erste und der zweite Krümmungsradius des ersten Strahlerrohrs mindestens das 1,0-fache, vorzugsweise mindestens das 1,5- fache, des ersten Strahlerrohr-Durchmessers beträgt.
Eine Krümmung des Strahlerrohrs mit einem Krümmungsradius, der das 1,0- fache des Strahlerrohr-Durchmessers beträgt, ermöglicht bei vorgegebenem Krümmungswinkel eine Strahlerrohr-Biegung mit geringer räumlicher Ausdehnung und trägt zu einer kompakten Bauweise der Vorrichtung bei. Ein Krümmungsradius, der mindestens das 1,5 fache des Strahlerrohr-Durchmessers beträgt, ist einfach und kostengünstig zu fertigen.
Es hat sich als günstig erwiesen, wenn innerhalb des Gehäuses ein Reflektor zur Reflexion der optischen Strahlung vorgesehen ist. Durch einen Reflektor wird ein energieeffizienter Betrieb der Vorrichtung ermöglicht. Ein Reflektor führt darüber hinaus zu einer schnelleren Erwärmung des Substrates, so dass auch die Prozesszeiten verkürzt werden können. Der Reflektor kann diffus oder spekular reflektierend sein. Er ist beispielsweise auf dem Strahler 5 oder auf dem Gehäuse aufgebracht oder das Gehäuse wirkt selbst als Reflektor. So ist beispielsweise eine Beschichtung aus Gold, eine Beschichtung aus opakem Quarzglas oder ein aus hochglanzpoliertem Aluminium gefertigtes Gehäuseteil zur Reflexion optischer Strahlung geeignet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem ersten Strahler in Form eines Infra- 10 rotstrahlers ist insbesondere für die Bearbeitung von Halbleiterscheiben geeignet.
Bei der Bearbeitung einer Halbleiterscheibe kommt es häufig auf eine besonders gleichmäßige Erwärmung der Halbleiterscheibe an.
Weiterhin ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestrahlung eines Substrats mit einem ersten Strahler in Form eines Gasentladungs-Strahlers mit Edelgasfül- 15 lung für die Aushärtung von Besch ichtungen auf optischen Speichermedien oder Halbleiterscheiben vorteilhaft einsetzbar. Bevorzugt kann als Füllgas Argon, Krypton oder Xenon eingesetzt werden.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn zwischen der Bestrahlungsfläche und der Krümmungsebene ein flächenhaftes, für die optische Strahlung durchlässiges
20 Fenster angeordnet ist, wobei das Fenster aus Quarzglas, Aluminiumsilikatglas, Vycor oder Saphir gefertigt ist und mehr als 75%, vorzugsweise mehr als 85% der auf das Fenster auftreffenden, von dem Strahler erzeugten optischen Strahlung durchlässt. Ein solches Fenster dient zum Schutz des Strahlers vor Verunreinigungen. Vycor ist der Markenname eines von der Firma Corning gefertigten Gla-
25 ses.
Es hat sich darüber hinaus bewährt, wenn die Vorrichtung ein Kühlelement um- fasst, das eine Kühlung des Substrats mittels Gasstrom ermöglicht. Geeignete Gase sind beispielsweise Edelgase und Stickstoff.
Vorzugsweise weist das Gehäuse eine Thermoschockbeständigkeit von mehr als 30 10 K s"1 besonders bevorzugt von mehr als 100 K s' und eine thermische Masse (definiert als Dichte * spezifische Wärme bei 20 °C) von weniger als 2,5 J cm"2 K"\ besonders bevorzugt von weniger als 1 ,8 J cm"2 K"1 auf.
Hinsichtlich des Strahlers wird die oben genannte technische Aufgabe ausgehend von einem Strahler mit den eingangs genannten Merkmalen erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Strahlerrohr einen gebogenen Beleuchtungs- Längenabschnitt hat, welcher in der Krümmungsebene mit spiegelsymmetrisch ovaler Grundform verläuft, wobei der Beleuchtungs-Längenabschnitt vom Strahlerrohr-Ende aus gesehen nacheinander einen ersten Krümmungsabschnitt mit Linkskrümmung und einem ersten Krümmungsradius, einen zweiten Krümmungs- abschnitt mit Rechtskrümmung und einem zweiten Krümmungsradius, einen dritten Krümmungsabschnitt mit Rechtskrümmung und einem dritten Krümmungsradius, einen vierten Krümmungsabschnitt mit Rechtskrümmung und dem zweiten Krümmungsradius und einen fünften Krümmungsabschnitt mit Linkskrümmung und dem ersten Krümmungsradius umfasst, wobei der dritte Krümmungsradius um mindestens den Faktor drei größer als der erste und als der zweite Krümmungsradius ist.
Optische Strahler im Sinne der Erfindung sind beispielsweise Infrarotstrahler, UV- Strahler oder Strahler zur Emission von sichtbarem Licht. Der erfindungsgemäße Strahler ist insbesondere zur gleichmäßigen Bestrahlung einer halbkreisförmigen Bestrahlungszone geeignet. Die halbkreisförmige Bestrahlungszone umfasst eine dem kreisförmigen Randbereich der Bestrahlungszone zugeordnete, äußere Zone und eine den Mittelpunkt des korrespondierenden Vollkreises halbkreisförmig umgebende, innere Zone.
Der erfindungsgemäße Strahler weist mehrere gebogene Krümmungsabschnitte auf, deren Verlauf durch eine Mittelachse des Strahlerrohres festgelegt ist. Unter einem Krümmungsabschnitt wird ein Abschnitt des Strahlerrohres verstanden, dessen Verlauf näherungsweise durch einen Kreis beschrieben werden kann.
Hierbei ist für jeden Krümmungsabschnitt jeweils ein Krümmungsradius festgelegt.
Die Krümmungsabschnitte können direkt aneinander anschließen oder voneinan- der beabstandet sein. Jeder Krümmungsabschnitt weist darüber hinaus eine Krümmungsrichtung auf, die in einer Draufsicht auf die Krümmungsebene nach rechts oder nach links verläuft.
Dadurch, dass der dritte Krümmungsradius um mindestens den Faktor drei größer 5 als der erste und der zweite Krümmungsradius ist, wird ein im Vergleich zu den anderen Krümmungsabschnitten vergleichsweise flacher und langgestreckter dritter Krümmungsabschnitt erhalten, der anschließend für eine Bestrahlung beispielsweise der äußeren Zone der Bestrahlungszone zur Verfügung steht. Hierdurch wird dem Randbereich der Bestrahlungszone ein vergleichsweise großer0 Beleuchtungslängenabschnitt zugeordnet. Vorzugsweise macht die Länge des dritten Krümmungsabschnittes 25% bis 50% des Beleuchtungs-Längenabschnitts aus.
Durch den weiteren Verlauf der Krümmungsabschnitte, insbesondere der Krümmungsabschnitte eins und fünf, wird darüber hinaus eine ausreichende Bestrah-5 lung der inneren Zone der Bestrahlungszone ermöglicht.
Gemäß der Erfindung weist der Beleuchtungs-Längenabschnitt eine spiegelsymmetrisch-ovale Grundform auf. Die Grundform ist entweder geschlossen oder geöffnet. Vorzugsweise ist die Grundform geöffnet. Auch die Spiegelsymmetrie der Grundform trägt zu einer gleichmäßigen Bestrahlung der Basisfläche bei. o In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strahlers ist vorgesehen, dass der erste und der zweite Krümmungsabschnitt sowie der vierte und der fünfte Krümmungsabschnitt durch einen linearen Strahlerrohr-Abschnitt voneinander beabstandet sind.
Mittels der linearen Strahlerrohr-Abschnitte wird eine Einstellung sowohl des Ab-5 Stands zwischen den Strahlerrohr-Enden als auch der Position der durch die
Strahler-Enden geführten Stromversorgungen ermöglicht.
Darüber hinaus beeinflusst der Verlauf und die Länge der linearen Abschnitte die Bestrahlungsverteilung bezogen auf die Basisfläche. ln einer anderen, ebenso bevorzugten Modifikation des erfindungsgemäßen Strahlers ist vorgesehen, dass das Strahlerrohr eine Strahlerrohr-Länge aufweist, und dass der Beleuchtungs-Längenabschnitt mindestens 75%, vorzugsweise mindestens 90%, der jeweiligen Strahlerrohr-Länge ausmacht. Dadurch, dass der Beleuchtungs-Längenabschnitt mindestens 75% der Strahlerrohr-Länge ausmacht, weist das Strahlerrohr einen geringen Anteil unbeleuchteter Bereiche auf, wodurch ein kompakter Strahler erhalten wird. Dies gilt insbesondere, wenn der Beleuchtungs-Längenabschnitt mindestens 90% der Strahlerrohr- Länge ausmacht. Es hat sich bewährt, wenn das Strahlerrohr einen Strahlerrohr-Durchmesser aufweist, und dass der erste und der zweite Krümmungsradius des Strahlerrohrs mindestens das 1,0-fache, vorzugsweise mindestens das 1,5-fache, des ersten Strahlerrohr-Durchmessers beträgt.
Beträgt der Krümmungsradius, der mindestens das ,0-fache, vorzugsweise min- destens das 1,5-fache des Strahlerrohr-Durchmessers, trägt zu einer kompakten Bauform des Strahlers bei und ist darüber hinaus einfach und kostengünstig zu fertigen.
Ausführungsbeispiel Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigt in schematischer Darstellung:
Figur 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Bestrahlung eines Substrats mit einem optischer Strahler, der einen spiegelsymmetrisch-ovalen Beleuchtungslängenabschnitt aufweist, Figur 2 in räumlicher Darstellung eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem zwischen Bestrahiungsfläche und Krümmungsebene liegenden Bestrahlungsraum, bei der die Bestrah- lungsfläche eine kreisförmige, innere Bestrahlungszone und eine ringförmige, äußere Bestrahlungszone umfasst,
Figur 3 eine erste Ausführungsform eines Strahlers für die Erzeugung optischer
Strahlung gemäß der Erfindung zum Einsatz in eine erfindungsgemäße 5 Vorrichtung zur Bestrahlung eines Substrates, und
Figur 4 eine zweite Ausführungsform eines Strahlers für die Erzeugung optischer Strahlung gemäß der Erfindung zum Einsatz in eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestrahlung eines Substrates.
Figur 1 zeigt schematisch eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform der 10 erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung für die Bearbeitung von Halbleiterscheiben, der insgesamt die Bezugsziffer 100 zugeordnet ist. Die Vorrichtung 100 umfasst ein Gehäuse 101 , sowie innerhalb des Gehäuses 101 eine um eine Drehachse (nicht dargestellt) drehbare Aufnahme 102 für ein zu bestrahlendes Substrat 103, einen thermischen Infrarotstrahler 105 mit einem Strahlerrohr 106 15 sowie einen Durchlass 120 für eine Dosiervorrichtung (nicht dargestellt).
Die Aufnahme 102 weist eine kreisrunde Bestrahlungsfläche 104 auf, die in eine erste halbkreisförmige Teilfläche 104a und eine zweite halbkreisförmige Teilfläche 104b unterteilt ist. Darüber hinaus weist die Bestrahlungsfläche eine innere Bestrahlungszone 116 in Form einer Kreisfläche und eine ringförmige äußere Be- 20 strahlungszone 117 gleichen Flächeninhalts auf.
Der thermische Infrarotstrahler 105 ist innerhalb des Gehäuses 101 in einer parallel zur Bestrahlungsfläche 104 verlaufenden Krümmungsebene angeordnet. An beiden Enden des Strahlerrohres 06 ist jeweils eine gasdichte Abdichtung 108a, 108b des Strahlerrohres 106 vorgesehen, durch die eine Stromversorgung 109a, 25 109b geführt ist. Auf der dem Substrat abgewandten Seite des Strahlerrohrs 106 ist eine als Reflektor wirkende Schicht aus S1O2 aufgebracht. Das Strahlerrohr 106 weist darüber hinaus mehrere gebogene Krümmungsabschnitte 110, 111, 112, 113, 114 auf. Vom Mittelpunkt 115 der Vorrichtung 100 aus gesehen weist der Krümmungsabschnitt 110 eine Linkskrümmung mit einem Krümmungsradius von 25 mm, der Krümmungsabschnitt 111 eine Rechtskrümmung mit einem Krümmungsradius von 25 mm, der Krümmungsabschnitt 112 eine Rechtskrümmung und einen Krümmungsradius von 180 mm, der Krümmungsabschnitt 113 eine Rechtskrümmung mit einem Krümmungsradius von 25 mm und der Krümmungsabschnitt 114 eine Linkskrümmung mit einem Krümmungsradius von 25 mm auf.
Die gebogenen Krümmungsabschnitte 110, 111, 112, 113, 114 bilden den Be- leuchtungs-Längenabschnitt des Infrarotstrahlers 105. Der Beleuchtungs- Längenabschnitt verläuft in der Krümmungsebene mit spiegelsymmetrisch-ovaler Form; er ist ausschließlich über der halbkreisförmigen Teilfläche 104b angeordnet und macht 90% der Strahlerrohr-Länge aus. In dieser Ausführungsform sind 65% der Länge des Strahlerrohrs 106 der äußeren ringförmigen Bestrahlungszone 117 zugeordnet. Zwischen Krümmungsebene und Bestrahlungsfläche104 ist ein Fenster 107 aus Quarzglas angeordnet.
In einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Vorrichtung 100 einen zweiten Infrarotstrahler (nicht dargestellt) umfasst, der ebenfalls in der Krümmungsebene angeordnet ist. Der zweite Infrarotstrahler ist wie der Infrarot- strahier 105 ausgebildet; er ist in der Krümmungseben derart versetzt zu dem Infrarotstrahler 105 angeordnet, dass die Beleuchtungs-Längenabschnitte der Infrarotstrahlers 105 und des zweiten Infrarotstrahlers punktsymmetrisch zueinander verlaufen.
Figur 2 zeigt schematisch in räumlicher Darstellung eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestrahlung eines Substrats 200. Die Vorrichtung 200 weist eine Aufnahme für das zu bestrahlende Substrat mit einer Bestrahlungsfläche 202 sowie eine Krümmungsebene 201 auf.
Die Krümmungsebene 201 der Vorrichtung 200 ist in Figur 2 als Kreisfläche mit dem Mittelpunkt 207 dargestellt. In der Krümmungsebene 201 verläuft das Strah- lerrohr eines gekrümmten Infrarotstrahlers mit einem Beleuchtungs- Längenabschnitt, der in der Krümmungsebene mit spiegelsymmetrisch-ovaler Form verläuft (nicht dargestellt).
Die Bestrahlungsfläche 202 ist parallel zur Krümmungsebene 201 angeordnet; sie ist ebenfalls als Kreisfläche dargestellt. Der Mittelpunkt 208 der Kreisfläche der Bestrahlungsfläche 202 und der Mittelpunkt 207 legen eine Drehachse 209 fest, um die der Infrarotstrahler und die Aufnahme für das zu bestrahlende Substrat relativ zueinander bewegbar sind. Die Bestrahlungsfläche 202 umfasst eine erste halbkreisförmige Teilfläche 203 und eine zweite halbkreisförmige Teilfläche 204. Darüber hinaus weist die Bestrahlungsfläche 202 eine innere Bestrahlungszone 205 in Form einer Kreisfläche mit dem Radius η auf. Die innere Bestrahlungszone 205 ist von einer äußeren, ringförmigen Bestrahlungszone 206 umgeben deren Radius mit ra bezeichnet ist. Die innere Bestrahlungszone 205 und die äußere, ringförmige Bestrahlungszone weisen den gleichen Flächeninhalt auf. Hinsichtlich der Radien n und ra gilt daher folgende mathematische Beziehung: ra = n * 2.
Zur besseren Übersicht ist in Figur 2 weiterhin das zu bestrahlende Substrat als schraffierte Kreisfläche 210 mit dem Radius r eingezeichnet.
Zwischen Krümmungsebene 201 und Bestrahlungsfläche 202 liegt der Bestrahlungsraum der Vorrichtung 200. Figur 3 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen thermischen Infrarotstrahlers 300 in Draufsicht (A), Seitenansicht (B) und in räumlicher Darstellung (C). Der thermische Infrarotstrahler 300 ist zum Einsatz in die erfindungsgemäße Vorrichtung 100, 200 gemäß Figur 1 beziehungsweise Figur 2 geeignet.
Der Infrarotstrahler 300 weist ein in einer Krümmungsebene gebogenes Strahler- rohr 301 mit mehreren Krümmungsabschnitten 310, 311, 312, 313, 314 auf. Der Krümmungsverlauf des Strahlerrohrs 301 ist durch die gestrichelte Linie 320 wiedergegeben. Die Krümmungsradien betragen Ri = 25 mm; R2 = 25 mm; R3 = 130 mm; R4 = 25 mm und R5 = 25 mm. Innerhalb des Strahlerrohrs 301 ist als thermischer Strahler eine Wolframwendel (nicht dargestellt) angeordnet. Zur elektri- schen Kontaktierung der Wolframwendel ist an beiden Enden des Strahlerrohres 301 jeweils eine gasdichte Abdichtung 302a, 302b vorgesehen, durch die jeweils eine Stromversorgung geführt ist. Die gasdichten Abdichtungen 302a, 302b weisen einen Abstand a von 70 mm auf. Die Länge b, c der Stromzuführungen 305a, 305b beträgt 200 mm. Die Strahlerabmessungen d, e und f betragen 71 mm, 116 mm beziehungsweise 4 mm. Das Strahlerrohr 301 weist einen Strahlerrohr- Außendurchmesser von 10 mm auf; es ist mit Argon gefüllt. Der Fülldruck beträgt 800 mbar bei Raumtemperatur.
Der Strahler 300 weist eine Nennspannung von 360 V und eine Nennleistung von 2.790 W auf. Die Länge der Wolframwendel beträgt 465 mm. Demzufolge beträgt die spezifische Leistung des Strahlers 300 bezogen auf die Länge der Wendel bei Nennspannung 60 W/cm. Unter Nennspannung beträgt die Wendeltemperatur 1.600 °C.
Auf eine Seite des Strahlerrohres 301 ist eine Reflektorschicht aus opakem, diffus streuendem Quarzglas aufgebracht (QRC® von Heraeus Noblelight).
Weiterhin zeigt Figur 4 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strahlers in Form des thermischen Infrarotstrahlers 400 in Draufsicht (A), Seitenansicht (B) und in räumlicher Darstellung (C). Der thermische Infrarotstrahler 400 ist zum Einsatz in die erfindungsgemäße Vorrichtung 100, 200 gemäß Figur 1 be- ziehungsweise Figur 2 geeignet.
Der Infrarotstrahler 400 weist ein in einer Krümmungsebene gebogenes Strahlerrohr 401 mit mehreren Krümmungsabschnitten 410, 411 , 412, 413, 414 auf. Der Krümmungsverlauf des Strahlerrohrs 401 ist durch die gestrichelte Linie 420 wiedergegeben. Die Krümmungsradien betragen Ri = 25 mm; R2 = 25 mm; R3 = 130 mm; R4 = 25 mm und Rs = 25 mm. Innerhalb des Strahlerrohrs 401 ist als thermischer Strahler eine Wolframwendel (nicht dargestellt) angeordnet. Zur elektrischen Kontaktierung der Wolframwendel ist an beiden Enden des Strahlerrohres 401 jeweils eine gasdichte Abdichtung 402a, 402b vorgesehen, durch die jeweils eine Stromversorgung geführt ist. Die gasdichten Abdichtungen 402a, 402b wei- sen einen Abstand a von 70 mm auf. Die Länge b, c der Stromzuführungen 405a, 405b beträgt 200 mm. Die Strahlerabmessungen d, e, h und g betragen 75 mm, 112 mm, 43 mm beziehungsweise 32 mm. Das Strahlerrohr 401 weist einen Strahlerrohr-Außendurchmesser von 10 mm auf; es ist mit Argon gefüllt. Der Fülldruck beträgt 800 mbar bei Raumtemperatur. Der Strahler 400 weist eine Nennspannung von 360 V und eine Nennleistung 4.300 W auf. Die Länge der Wolframwendel beträgt 430 mm. Demzufolge beträgt die spezifische Leistung des Strahlers 400 bezogen auf die Länge der Wendel bei Nennspannung 100 W/cm. Unter Nennspannung beträgt die Wendeltemperatur 2.600 °C. Auf eine Seite des Strahlerrohres 401 ist eine Reflektorschicht aus opakem, diffus streuendem Quarzglas aufgebracht (QRC® von Heraeus Noblelight).
Beispiel 1 a
Nachfolgend ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Aushärtung von Schutzlack auf Datenträger Rohlingen (CD, DVD, Blue Ray, etc.) mittels Spin Coating beschrieben.
Das auszuhärtende Medium (ein Lack, ein Epoxidharz, o.ä.) wird als Fluid mittig auf den schnell rotierenden Datenträger gegeben, so dass es sich aufgrund der Rotation des Datenträgers homogen auf der Oberfläche des Datenträgers verteilt. Das Fluid wird, wenn die Oberfläche vollständig benetzt und die Schicht nahezu homogen ist, mit intensiver Strahlung beaufschlagt, die die Vernetzung von Monomeren des Fluids ermöglicht.
Zur Aushärtung des Schutzlacks wird ein erfindungsgemäßer Strahler in Form einer Entladungslampe eingesetzt, der im Normalbetrieb einen hohen Anteil der abgegeben Strahlungsintensität im Bereich der Wirkwellenlänge der Vernetzung aufweist.
Der optische Strahler ist in einer Ebene parallel zur Oberfläche des Datenträgers in einem Abstand von 20 mm angeordnet. Dieser Abstand wird einerseits durch das Zentrum der Entladung im Strahlerrohr und andererseits durch die Oberfläche des Datenträgers definiert. Die Elektroden des optischen Strahlers sind so ange- ordnet, dass die Ansetzpunkte des Bogens im neuwertigen Zustand des Strahlers sich auf einer Ebene befinden, die zudem die Drehachse umfasst.
Das Strahlerrohr des optischen Strahlers ist aus einem Quarzglasrohr von 1 * 6 mm ausgeführt, wobei die erste Zahl („1 ") der Wandstärke in mm und der zweiten Zahlenwert („6") dem Außendurchmesser in mm entspricht. Die Biegeradien des Strahlerrohres betragen mindestens 10 mm.
Um eine homogene Schichtdicke der ausgehärteten BeSchichtung zu erreichen weist die Bestrahlungsvorrichtung eine Öffnung für die Dosierzugabe des Fluids im Bereich der Rotationsachse des Datenträgers auf. Die Vorrichtung zur Auf- nähme und Rotation des Datenträgers befindet sich unterhalb, die Bestrahlungsvorrichtung oberhalb der Ebene die durch den Datenträger definiert wird.
Das Gehäuse der Bestrahlungsvorrichtung besteht aus einem Körper aus Aluminium, der strahlerseitig hochwertige, die optische Strahlung reflektierende Oberflächen aufweist. Das Gehäuse umschließt den optischen Strahler vollständig. Auch die elektrischen Zuleitungen sind im Gehäuse angeordnet. Darüber hinaus sind in das Gehäuse neben den Zuführungen für die elektrischen Anschlüsse und die Durchführung für die Dosiervorrichtung Zu- und Abführungen für ein Kühlgas im Aluminiumkörper eingebracht, so dass das Gehäuse mit bis zu 10 l/min Stickstoff aktiv gekühlt werden kann. In dem Gehäuse ist zwischen dem optischen Strahler und dem Datenträger ein Fenster aus Quarzglas mit 2,0 mm Stärke eingesetzt. Das Quarzglasfenster ist ohne zusätzliche Dichtung auf dem Aluminiumkörper befestigt, die Spaltweiten betragen durchgehend weniger als 0,1 mm. Dabei weist das Quarzglas eine Thermoschockbeständigkeit von 1000 K s"1 auf, Aluminium von besser 10 K s"1, die thermische Masse (definiert als Dichte * spezi- fische Wärme bei 20 °C) von Aluminium ist 2,42 J cm"2 K'1, von Quarzglas besser als 1 ,8 J cm"2 K~1.
Beispiel 1 b
Nachfolgend ist als weiteres Ausführungsbeispiel die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Aushärtung von Schutzlack auf Datenträger Rohlingen (CD, DVD, Blue Ray, etc.) mittels Spin Coating beschrieben. Das Ausführungsbeispiel 1 entspricht dem Ausführungsbeispiel 1a mit folgenden Unterschieden:
Die zur Vorrichtung gemäß Beispiel 1b unterscheidet sich von der Vorrichtung aus Beispiel 1a dadurch, dass das Gehäuse den optischen Strahler nicht vollständig umschließt. Die Strahler-Enden des optischen Strahlers sind aus dem Strahlungsraum herausgeführt. Sie sind in dem Bereich, in dem sie aus dem Strahlungsraum herausgeführt sind, wasserdicht abgedichtet. Die elektrischen Zuleitungen sind außerhalb des Gehäuses angeordnet. Weiterhin sind Zu- und Abführungen für ein Kühlfluid im Aluminiumkörper eingebracht, so dass das Gehäuse mit bis zu 6 l/min entionisiertem Wasser aktiv gekühlt werden kann. Um einen Austritt von Kühlfluid zu vermeiden, ist das Quarzglasfenster ist mit einer zusätzlichen Dichtung aus Viton auf dem Aluminiumkörper des Gehäuses befestigt.
Beispiel 2
Beispiel 2 betrifft die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Figur 1 in einem Prozess zur Aushärtung von Schutzlack auf Datenträger Rohlingen (CD, DVD, Blue Ray, etc.) mittels Spin Coating.
Das Ausführungsbeispiel 2 entspricht dem Ausführungsbeispiel a mit folgenden Unterschieden:
Das Gehäuse der Bestrahlungsvorrichtung ist ein Körper aus Quarzglas, der strahlerseitig mit einer Schicht aus opakem, diffus reflektierendem Quarzglas (QRC® von Heraeus Noblelight) beschichtet ist.
In das Gehäuse sind neben den Zuführungen für die elektrischen Anschlüsse und die Durchführung für die Dosiervorrichtung sind Zu- und Abführungen für ein Kühlgas eingebracht, so dass das Gehäuse mit bis zu 2 l/min Stickstoff aktiv ge- kühlt werden kann.
Beispiel 3a
Nachfolgend ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Reinigen von Silizium-Wafern mit einem Durchmesser von 12 Zoll beziehungsweise 300 mm beschrieben.
Hierzu wird auf den Wafer von der Oberseite her eine Reinigungslösung aufgegeben, die ein Lösungsmittel (z.B. Wasser, Methanol, Isopropanol, Aceton) umfasst, die zudem aktive Substanzen enthalten kann (z.B. Schwefelsäure, Phosphorsäu- re, Ammoniak, Königswasser, Flusssäure). Die Reinigungslösung wird für eine besonders intensive oder schnelle Prozessführung bereits mit einer Temperatur nahe am Verdampfungspunkt der Flüssigkeit auf den Wafer gegeben. Um eine gleichmäßige Temperatur auf dem Wafer zu erhalten und einer Abkühlung durch Entzug von Verdunstungswärme entgegenzuwirken, wird der Wafer mit Infrarot- Strahlung bestrahlt.
Infrarotstrahlung im Bereich < 1.100 nm wird bevorzugt eingesetzt, wenn der Wafer selber erwärmt werden soll, Infrarotstrahlung > 1500 nm wird bevorzugt eingesetzt, wenn die Reinigungslösung selbst erwärmt werden soll.
Im speziellen Fall ist die folgende Anordnung gewählt: Oberhalb des schnell rotierenden Wafers (> 100 min"1) ist eine Vorrichtung angebracht, die die Reinigungslösung auf den Wafer gibt; ansonsten wird der Wafer mit einem Gasstrom geringer Turbulenz von oben her umströmt.
Unterhalb des Wafers befindet sich eine Vorrichtung zur Aufnahme des Wafers mittels Stiften; diese Vorrichtung versetzt zugleich den Wafer in Rotation. Zwi- sehen Rotationsvorrichtung und Wafer befindet sich zudem die Bestrahlungsvorrichtung, die jedoch ruht.
Das Gehäuse der Bestrahlungsvorrichtung besteht aus einer opaken Glaskeramik (z.B. MACOR™ von Corning) und ist in einem Stück angefertigt. Es sind Zuführungen für die elektrischen Anschlüsse des Strahlers und Kanäle für die Zuleitung von Kühlgas vorgesehen. Als optisches Fenster ist eine Scheibe aus Quarzglas (z.B. GE 200 oder vergleichbare Qualität) vorgesehen mit einer Stärke von 1,5 mm. Das Fenster ist mit einer Spaltweite von 0,15 mm aufgesetzt, wobei dieser Spalt mittels einiger geeigneter Auflagepunkte, die aus dem Gehäuse abstehen definiert ist, so dass eine Kühlgasrate von 1 ,3 l/min erreicht wird. Als Kühlgas ist Stickstoff vorgesehen.
Die thermische Masse von MACOR beträgt 2,0 J cm'2 K"\ die von Quarzglas beträgt weniger als 1,8 J cm"2 K"1.
In das Gehäuse ist ein optischer Strahler gemäß Figur 4 eingesetzt. Beispiel 3b
Beispiel 3b beschreibt eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie deren Verwendung zum Reinigen von Silizium-Wafern mit einem Durchmesser von 12 Zoll beziehungsweise 300 mm.
Das Ausführungsbeispiel 3b entspricht dem Ausführungsbeispiel 3a mit folgenden Unterschieden:
Das Gehäuse ist aus Quarzglas (z.B. 7940 von Corning) in einem Stück angefertigt. Es sind Zuführungen für die elektrischen Anschlüsse des Strahlers und Kanäle für die Zuleitung und Ableitung von Kühlgas vorgesehen. Als optisches Fenster ist eine Scheibe aus Quarzglas vorgesehen mit einer Stärke von 1 ,5 mm, die ohne definierten Spalt aufgesetzt ist.
Als Kühlgas ist Stickstoff vorgesehen. Es wird eine Kühlgasrate von 1 ,0 l/min erreicht.
Der eingesetzte optische Strahler entspricht dem Strahler aus Figur 3.

Claims

Patentansprüche
5 1. Vorrichtung (100; 200) zur Bestrahlung eines Substrats (103; 210), aufweisend ein Gehäuse (101), sowie innerhalb des Gehäuses (101) eine Aufnahme (102) für das zu bestrahlende Substrat (103; 210) mit einer kreisrunden, eine erste halbkreisförmige Teilfläche (104a; 203) und eine zweite halbkreisförmige Teilfläche (104b; 204) umfassenden Bestrahlungsfläche0 (104; 202), einen ersten Strahler (105; 300; 400) für die Erzeugung optischer Strahlung mit einem in einer parallel zur Bestrahlungsfläche (104) verlaufenden Krümmungsebene (201 ) angeordneten, ersten Strahlerrohr (106; 301 ; 401) mit einem Strahlerrohr-Ende, durch das eine Stromversorgung (109a, 109b) geführt ist, wobei die Aufnahme (102) und der erste Strahler5 (105; 300; 400) relativ zueinander bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Strahlerrohr (106; 301; 401) einen gebogenen Beleuchtungs- Längenabschnitt hat, welcher in der Krümmungsebene (201) mit spiegelsymmetrisch-ovaler Grundform verläuft, wobei der erste Beleuchtungs- Längenabschnitt einer der halbkreisförmigen Teilflächen (104a; 104b) zu- o geordnet ist.
2. Vorrichtung (100; 200) nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100; 200) einen zweiten Strahler (105; 300; 400) für die Erzeugung optischer Strahlung mit einem in der Krümmungsebene (201) angeordneten, zweiten Strahlerrohr mit einem Strahlerrohr-Ende, durch das eine5 Stromversorgung geführt ist, umfasst, wobei das zweite Strahlerrohr einen gebogenen Beleuchtungs-Längenabschnitt hat, welcher in der Krümmungsebene (201 ) mit spiegelsymmetrisch-ovaler Grundform verläuft, und dass die Beleuchtungs-Längenabschnitte des ersten und des zweiten optischen Strahlers zueinander punktsymmetrisch verlaufen.
3. Vorrichtung (100; 200) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Beleuchtungs-Längenabschnitt des ersten Strahlers (105; 300; 400) mehrere gebogene Krümmungsabschnitte (110; 111; 112; 113; 114; 310; 311; 312; 313; 314; 410; 4 1; 412; 413; 414) mit jeweils einem Krüm- mungsradius umfasst, wobei der Beleuchtungs-Längenabschnitt vom Strahlerrohr-Ende aus gesehen nacheinander einen ersten Krümmungsabschnitt ( 10; 310; 410) mit Linkskrümmung und einem ersten Krümmungsradius, einen zweiten Krümmungsabschnitt (111 ; 311 ; 411 ) mit Rechtskrümmung und einem zweiten Krümmungsradius, einen dritten Krümmungsabschnitt (112; 312; 412) mit Rechtskrümmung und einem dritten Krümmungsradius, einen vierten Krümmungsabschnitt (113; 313; 413) mit Rechtskrümmung und dem zweiten Krümmungsradius und einen fünften Krümmungsabschnitt (114; 314; 414) mit Linkskrümmung und dem ersten Krümmungsradius umfasst, wobei der dritte Krümmungsradius um mindestens den Faktor drei größer als der erste und als der zweite Krümmungsradius ist.
4. Vorrichtung (100; 200) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Krümmungsabschnitt (110; 111 ; 310; 311 ; 410; 411 ) sowie der vierte und der fünfte Krümmungsabschnitt (113; 1 4; 313; 3 4; 413; 414) durch einen linearen Strahlerrohr-Abschnitt voneinander beab- standet sind.
5. Vorrichtung (100; 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das erste Strahlerrohr (106; 301; 401) eine Strahlerrohr-Länge aufweist, und dass der Beleuchtungs-Längenabschnitt des ersten Strahlers (105; 300; 400) mindestens 75%, vorzugsweise min- destens 90%, der jeweiligen Strahlerrohr-Länge ausmacht.
6. Vorrichtung (100; 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die kreisrunde Bestrahlungsfläche (104) eine innere Bestrahlungszone (116; 205) in Form einer Kreisfläche und eine die innere Bestrahlungsfläche umgebende, ringförmige, äußere Bestrahlungs- zone (117; 206) umfasst, wobei die kreisrunde, innere Bestrahlungszone (116; 205) und die ringförmige äußere Bestrahlungszone (117; 206) den gleichen Flächeninhalt aufweisen, und wobei 40% bis 70% der Länge des Beleuchtungs-Längenabschnitts des ersten Strahlers (105; 300; 400) der äußeren ringförmigen Bestrahlungszone (117; 206) zugeordnet sind.
7. Vorrichtung (100; 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Beieuchtungs-Längenabschnitt des ersten Strahlers ( 05; 300; 400) ausschließlich über der ersten halbkreisförmigen Teilfläche (104a; 203) angeordnet ist.
8. Vorrichtung (100; 200) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Strahlerrohr (106; 301; 401) einen ersten Strahlerrohr-Durchmesser aufweist, und dass der erste und der zweite Krümmungsradius (110; 111; 310; 311; 410; 411) des ersten Strahlerrohrs (106; 301; 401) mindestens das 1,0-fache, vorzugsweise mindestens das 1 ,5-fache, des ersten Strahlerrohr-Durchmessers beträgt.
9. Vorrichtung (100; 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Gehäuses (101) ein Reflektor zur Reflexion der optischen Strahlung vorgesehen ist.
10. Verwendung einer Vorrichtung (100; 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9 zur Bestrahlung eines Substrates (103; 210) mit einem ersten Strahler (105; 300; 400) in Form eines Infrarotstrahlers für die Bear- beitung von Halbleiterscheiben.
11. Verwendung einer Vorrichtung (100; 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9 zur Bestrahlung eines Substrates (103; 210), mit einem ersten Strahler (105; 300; 400) in Form eines Gasentladungs-Strahlers mit Edelgasfüllung für die Aushärtung von Beschichtungen auf optischen Spei- chermedien oder Halbleiterscheiben.
12. Strahler (105; 300; 400) für die Erzeugung optischer Strahlung, aufweisend ein in einer Krümmungsebene (201) gebogenes Strahlerrohr (106; 301; 401) mit einem Strahlerrohr-Ende, durch das eine Stromversorgung (109a; 109b) geführt ist, wobei das Strahlerrohr (106; 301; 401) mehrere gebogene Krümmungsabschnitte (110; 111; 112; 113; 114; 310; 311; 312; 313; 314; 410; 411; 412; 413; 414) mit jeweils einem Krümmungsradius umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlerrohr (106; 301; 401) einen gebogenen Beleuchtungs-Längenabschnitt hat, welcher in der Krümmungs- ebene (201 ) mit spiegelsymmetrisch ovaler Grundform verläuft, wobei der Beleuchtungs-Längenabschnitt vom Strahlerrohr-Ende aus gesehen nacheinander einen ersten Krümmungsabschnitt (110; 310; 410) mit Linkskrümmung und einem ersten Krümmungsradius, einen zweiten Krümmungsabschnitt (111; 311; 411) mit Rechtskrümmung und einem zweiten Krüm- mungsradius, einen dritten Krümmungsabschnitt ( 12; 312; 412) mit Rechtskrümmung und einem dritten Krümmungsradius, einen vierten Krümmungsabschnitt (1 3; 313; 413) mit Rechtskrümmung und dem zweiten Krümmungsradius und einen fünften Krümmungsabschnitt (114; 314; 414) mit Linkskrümmung und dem ersten Krümmungsradius umfasst, wobei der dritte Krümmungsradius um mindestens den Faktor drei größer als der erste und als der zweite Krümmungsradius ist.
13. Strahler (105; 300; 400) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Krümmungsabschnitt (110; 111; 310; 311; 410; 411 ) sowie der vierte und der fünfte Krümmungsabschnitt (113; 114, 313; 314; 413; 414) durch einen linearen Strahlerrohr-Abschnitt voneinander beabstandet sind.
14. Strahler (105; 300; 400) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 o- der 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlerrohr (106; 301 ; 401) eine Strahlerrohr-Länge aufweist, und dass der Beleuchtungs-Längenabschnitt mindestens 75%, vorzugsweise mindestens 90%, der jeweiligen Strahlerrohr-Länge ausmacht.
15. Strahler (105; 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlerrohr (106; 301 ; 401) einen Strahlerrohr-Durchmesser aufweist, und dass der erste und der zweite Krüm- mungsradius (110; 111; 310; 311; 410; 411) des Strahlerrohrs (106; 301; 401) mindestens das 1 ,0-fache, vorzugsweise mindestens das 1,5-fache, des ersten Strahlerrohr-Durchmessers beträgt.
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