WO2012140253A1

WO2012140253A1 - Verfahren und vorrichtung zur thermischen behandlung von substraten

Info

Publication number: WO2012140253A1
Application number: PCT/EP2012/056903
Authority: WO
Inventors: Harald Gross; Volker Linss; Jörg NEIDHARDT
Original assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Priority date: 2011-04-15
Filing date: 2012-04-16
Publication date: 2012-10-18
Anticipated expiration: 2013-10-15
Also published as: DE102011007544A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung von Substraten, unter Nutzung eines RTP-Prozesses, eine RTP-Vorrichtung sowie die Verwendung eines solchen Verfahrens und einer solchen Vorrichtung zur Veränderung von Substraten mittels Energieeintrag. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu finden, bei dem komplexe thermisch induzierte Strukturen gleichzeitig und zeitsparend auf dem Substrat erzeugt werden können. Dies wird erreicht durch ein Verfahren in dem das Substrat (6) lokal definiert thermisch behandelt wird, indem durch eine Vorrichtung, die Mittel zur definierten lokalen Variation des Energieeintrags in das Substrat beinhaltet, ein oder mehrere Teilbereiche des Substrats (6) während einer Dauer in der Grössenordnung von einer Millisekunde der Strahlung eines Strahlungsmittels (2) ausgesetzt und der Energieeintrag in das Substrat (6) auf Teilbereiche mit einer Breite von kleiner 100 Mikrometern begrenzt wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Behandlung von

Substraten Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen

Behandlung von Substraten, unter Nutzung eines RTP („Rapid Thermal Processing" = „schnelle thermische Bearbeitung" ) - Prozesses, eine RTP-Vorrichtung sowie die Verwendung eines solchen Verfahrens und einer solchen Vorrichtung zur

Veränderung von Substraten mittels Energieeintrag.

Die Veränderung von Oberflächen, Strukturen wie auch

Tiefenprofilen von Massivmaterialien oder von

Funktionsschichten auf Substraten zu deren Vergütung erfolgt typischerweise durch das Tempern bzw. temperähnliche

Prozesse. Tempern ist das Aufheizen des entsprechenden

Materials auf eine Temperatur unterhalb seiner

Schmelztemperatur über einen definierten Zeitraum und nach einem definierten Temperaturprofil, d.h. mit definierten Temperaturanstiegs- und Abkühlungsraten. Dabei kann

zusätzlich auch noch unter Einwirkung von Reaktionsgasen eine Umwandlung der diesen Gasen ausgesetzten Oberflächen stattfinden .

Für die thermische Behandlung von auf Substraten

abgeschiedenen Funktionsschichten wird meist das gesamte Substrat aufgeheizt. Diese Prozesse dauern typischerweise von einigen Minuten bis hin zu Stunden. Solche

Standardprozesse sind nicht für solche Substrate oder gar komplexe Schichtabfolgen auf Substraten geeignet, die sich bei Temperaturbelastung verändern oder gar zerstört werden, wenn eigentlich nur eine bestimmte Funktionsschicht durch Temperatureinwirkung verändert werden soll.

Temperprozesse werden unter anderem in der

Halbleiterproduktion eingesetzt, wobei auch hier vielfach die Forderung besteht, die Oberfläche oder aber oberflächennahe Bereiche des Substrats thermisch zu

beeinflussen, dabei jedoch beispielsweise Dotierprofile des Halbleiters so wenig wie nur möglich zu verändern.

Beispielsweise sollen Kristalldefekte aufgrund einer

Ionenimplantation ausgeheilt werden ohne das bereits vorhandene Dotierprofil zu verändern.

Deshalb werden zu solchen Zwecken Prozesse genutzt, bei denen die Temperaturbelastung verhältnismäßig gering gehalten werden kann: Typischerweise sind das sogenannte RTP-Verfahren (Rapid Thermal Processing) , bei denen

besonders hohe Temperaturanstiegs- bzw. abkühlungsraten erreicht werden können. Mit Hilfe von RTP-Verfahren werden beispielsweise implantierte Spezies aktiviert,

Siliziumoberflächen oxidiert oder aber amorphes Silizium in polykristallines Silizium umgewandelt. Zudem zeichnen sich RTP-Prozesse durch einstellbare geringe Eindringtiefen der Energie aus, so dass z.B. lediglich oberflächliche Bereiche oder eine Beschichtung beeinflusst werden.

Um diese hohen Temperaturanstiegs- und Abkühlungsraten zu erreichen, werden bei RTP-Verfahren üblicherweise

Halogenlampen und mittlerweile auch Blitzlampen zum Einsatz gebracht. Mit derartigen Strahlungsmitteln ist es

prinzipiell möglich, die Oberflächen bzw. anhaftende

Schichten stark, z.B. mehrere hundert bis über tausend Grad Celsius, zu erhitzen und dabei das Substrat nur bis in eine Tiefe von wenigen Mikrometern zu erwärmen. Weiter in der Tiefe liegende Schichten bzw. Bereiche des Substrates bleiben dabei auf Raumtemperatur. Voraussetzung ist, dass das zu erwärmende Material das Licht absorbiert und damit eine Temperaturerhöhung möglich ist.

Bei der Nutzung von RTP-Verfahren hat man sich allerdings bislang darauf konzentriert, Substrate besonders uniform zu behandeln, d.h. die Prozessbedingungen über das gesamte Substrat hinweg so gleich wie nur möglich zu halten. Dabei wurden diverse Hilfsmittel eingesetzt. In der

KR1020090056671A wird so beispielsweise eine Anordnung verschiedener Heizlampen und von Masken zwischen diesen Lampen und dem Substrat beschrieben, die die von den Lampen ausgesendete Strahlung besonders uniform auf dem Substrat auftreffen lässt.

In RTP-artigen Verfahren und Vorrichtungen zur thermischen Behandlung von Substraten werden bisher entsprechende

Strahlungsmittel nur für die Bestrahlung der gesamten

Oberfläche des Substrats verwendet. Es ist mit diesen

Verfahren und Vorrichtungen nach dem Stand der Technik nicht möglich, nur definierte Teilbereiche der Oberfläche zu tempern, während andere nicht thermisch beaufschlagt werden.

Zur thermischen Behandlung nur von Teilbereichen der

Oberfläche wurden bislang Laser eingesetzt, die dann

entsprechend über die Oberfläche der Substrate geführt werden, wobei diese Verfahren wiederum schwerpunktmäßig in der Photovoltaikindustrie eingesetzt werden. Durch das

Führen des Lasers über die Oberfläche ist allerdings hierfür ein erheblicher Zeitaufwand nötig, insbesondere die lokale thermische Behandlung von komplexeren Strukturen ist auf diese Art und Weise nicht mit dem für die Produktion

erforderlichen Durchsatz zu bewerkstelligen.

Generell werden hingegen zur Erzeugung von komplexeren

Strukturen auf Substraten, bei denen jedoch keine lokale thermische Behandlung notwendig ist, Fotolithografie- Verfahren und -Vorrichtungen oder aber die

Laserstrukturierung eingesetzt. Bei Fotolithografie- Verfahren wird dabei eine fotoempfindliche Schicht auf dem Substrat abgeschieden, anschließend unter Zuhilfenahme einer sogenannten Fotomaske, also einer Schattenmaske, die erzeugt wurde durch Strukturierung einer lichtreflektierenden

Schicht auf einem transparenten Grundkörper, belichtet und entwickelt. Nach der Entwicklung der belichteten fotoempfindlichen Schicht wird diese dann wiederum zur gezielten Behandlung (wie z.B. Strukturierung oder

Implantation) des darunterliegenden Substrats verwendet und anschließend die strukturierte fotoempfindliche Schicht wieder entfernt. Gewünschte Strukturen werden also immer indirekt und unter Nutzung einer Abfolge verschiedener, teilweise sehr kostenintensiver Prozesse auf das Substrat übertragen .

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung von

Substraten zu finden, bei dem komplexe thermisch induzierte Strukturen gleichzeitig und zeitsparend auf dem Substrat erzeugt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein

Verfahren zur thermischen Behandlung von Substraten mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Vorrichtung mit den

Merkmalen des Anspruchs 13, einer Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 24 und die Verwendungen einer

erfindungsgemäßen Vorrichtung für die thermische Behandlung von Substraten nach den Ansprüchen 25, 26 und 27. Die jeweils darauf bezogenen abhängigen Ansprüche geben

vorteilhafte Ausführungsvarianten wieder.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur thermischen Behandlung von Substraten, wobei unter dem Begriff Substrat im

folgenden sowohl ein Massivmaterial als auch eine

strukturierte und/oder nicht strukturierte Schichtabfolge auf einer Unterlage verstanden werden soll, das sowohl eine ebene Oberfläche als auch eine gezielt aufgebaute Topologie aufweisen kann, nutzt einen RTP („Rapid Thermal Processing", d.h. „schnelle thermische Bearbeitung" ) -Prozess , bei dem ein Strahlungsmittel einen Energieeintrag in ein Substrat und damit eine oberflächliche Temperaturerhöhung des Substrats mit hohen Temperaturanstiegs- und Abkühlungsraten bewirkt, was kurze Expositionszeiten des Substrats ermöglicht. Die für RTP-Prozesse üblichen hohen Leistungen des

Strahlungsmittels bewegen sich dabei im Bereich mehrerer zehn Kilowatt, womit hohe Temperaturanstiegsraten von üblicherweise hundert bis mehreren hundert Kelvin pro

Sekunde erreicht werden können, die Zeiten der Einwirkung der Strahlung, als Expositionszeit bezeichnet, damit sehr gering gehalten werden können. Zur Erzielung der

oberflächlichen Temperaturerhöhung sowie der geringen thermisch induzierten Strukturbreiten von kleiner als 100 Mikrometern sind Expositionszeiten in der Größenordnung einer Millisekunde erforderlich, was einen Bereich von 0,1 Millisekunden und kleiner bis zu einigen Millisekunden einschließt .

Die Expositionszeit wird dabei von der gewünschten

Eindringtiefe, den gewünschten Strukturbreiten und den thermischen Eigenschaften des Materials des Substrats und gegebenenfalls oberflächlicher Beschichtungen bestimmt.

Eindringtiefe und Strukturbreite werden von der Wärmeleitung im Substrat und gegebenenfalls Wärmeübergängen zwischen Schichten unterschiedlicher Materialien bestimmt, so dass die Expositionszeit klein genug sein muss, um die Seiten- und Tiefenausdehnung der thermischen Behandlung gut zu begrenzen und so während der Behandlung sowie während der Abkühlung aufgrund der Wärmeausbreitung im Substrat die Strukturtiefen und Strukturbreiten nicht zu verwischen.

Anhand der Materialkennwerte ist die erforderliche

Expositionszeit für die gewünschten Strukturabmessungen rechnerisch oder durch Simulation zu ermitteln. In

Abhängigkeit vom Aufbau eines SchichtSystems sind z.B. mit Expositionszeiten von 1ms Strukturbreiten von ca. 10pm bis 50pm zu erzielen.

Da bei diesen Verfahren die Strahlungsquelle abrupt

abgeschaltet werden kann und nur sehr begrenzte

Substratbereiche erwärmt werden, sind hernach Abkühlungsraten in ähnlichen Größenordnungen wie die

Temperaturanstiegsraten möglich. Üblicherweise liegen diese Abkühlungsraten leicht unterhalb der Temperaturanstiegsraten bei mehreren hundert Kelvin pro Millisekunde. Sie sind von der Art des Energieeintrags in das Substrat und der

Erwärmung der Umgebung abhängig. Je höher die

Temperaturanstiegsraten und je geringer die

Gesamtprozesszeit, umso geringer wird sich die Umgebung aufheizen und somit auch eine hohe Abkühlungsrate

ermöglichen. Dabei hat sich entsprechend einer Ausgestaltung des Verfahrens eine Leistungsdichte von mindestens 1000 W/cm² als vorteilhaft erwiesen.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll dabei nicht auf die oben angegebenen Bereiche beschränkt werden, sondern es kann auch nach einer Weiterentwicklung der üblichen RTP-Prozesse und - Anlagen, die zu noch höheren Leistungen, kürzeren

Expositionszeiten und noch höheren Temperaturanstiegs- und Abkühlungsraten führen, weiterhin eingesetzt werden.

Erfindungsgemäß wird dabei das Substrat lokal definiert thermisch behandelt und damit lokal differenziert in seiner Struktur verändert: Unterschiedliche Bereiche auf dem

Substrat werden gleichzeitig einem unterschiedlichen

Energieeintrag ausgesetzt. Mit anderen Worten ist zumindest für zwei Teilflächen des Substrats die

Energieeintragsdichte, d.h., der Energieeintrag pro Fläche, verschieden. Die lokal definierte thermische Behandlung, die auch als „Microtempering" bezeichnet werden kann, beinhaltet dabei ein vorheriges Festlegen des notwendigen

Energieeintrags für jede Position des Substrates und eine Übertragung dieser so festgelegten „Energieeintragsstruktur" in lokale Prozessparameter.

Die zur Ausführung des erfindungsgemäßen RTP („Rapid Thermal Processing", d.h. „schnelle thermische Bearbeitung" ) - Verfahrens verwendete RTP-Vorrichtung enthält ein Strahlungsmittel mit dem hohen Strahlungsleistungen erzeugt werden können, ein dem Strahlungsmittel gegenüberliegendes Substrat, sowie Mittel zur definierten lokalen Variation des Energieeintrags in das Substrat. Diese sind derart

ausgebildet, dass Teilbereiche des Substrats mit gegenüber benachbarten Bereichen abweichendem Energieeintrag auf kleiner als 100 Mikrometer begrenzbar sind. Des Weiteren ist das Strahlungsmittel derart ausgebildet, dass

Expositionszeiten um eine Millisekunden und kleiner

realisierbar sind.

Je nach Einsatz dieser Vorrichtung kann dabei die lokale Variation des Energieeintrags in das dem Strahlungsmittel gegenüber liegende Substrat durch entsprechende lokale

Variation der Leistung des Strahlungsmittels selbst oder aber durch Nutzung zusätzlicher Hilfsmittel zum Fokussieren und/oder zum Ausblenden der vom Strahlungsmittel erzeugten Strahlung erreicht werden.

Um die oben zum Verfahren beschriebenen Leistungsdichten zu erzielen, weist die RTP-Vorrichtung in einer Ausführungsform Strahlungsmittel auf, welche geeignet sind, während einer Belichtungszeit einer Leistungsdichte von 1000 W/cm² und mehr zu erzeugen. Beispielsweise mittels einer oder mehrerer Blitzlampen sind die erforderlichen hohen Leistungsdichten bei gleichzeitig kurzen Schaltzeiten für die erforderlichen geringen Expositionszeiten zu erzielen. Mit Blitzlampen sind Expositionszeiten erreichbar, die in Bereichen bis unter einer Zehntel Millisekunde liegen. Die für die thermische Behandlung des Substrats benötigte Strahlung kann optional entweder nur durch die Blitzlampe erzeugt werden oder aber durch eine Blitzlampe, die in Kombination mit anderen

Strahlungskörpern eingesetzt wird. Expositionszeiten kleiner als zehn Millisekunden und insbesondere kleiner als eine Millisekunde erlauben einen äußerst lokalen Energieeintrag, denn wie oben dargelegt, ist die Erwärmung von nichtgewünschten Bereichen des Substrats wie auch von der gesamten Umgebung des Substrats von den Verfahrenszeiten abhängig .

In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung enthält die Vorrichtung dabei Mittel zur Begrenzung des

Energieeintrags in das Substrat, die diesen Energieeintrag jeweils auf definierte Bereiche in Größenordnungen ab wenigen Mikrometern Breite beschränken können. Dies

ermöglicht grundsätzlich die Nutzung einer solchen

Vorrichtung für einen „strukturierten" Energieeintrag, so dass diese Vorrichtung ähnlich den Belichtungsvorrichtungen in üblichen Fotolithographie-Verfahren, die zur

topologischen Strukturierung oder zur Maskierung von

Implantationen eingesetzte werden, genutzt werden kann, mit dem Unterschied, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung eine „Strukturierung" auf dem Substrat durch die lokale

thermische Veränderung der Oberflächen, der inneren Struktur des Substratmaterials oder der Zusammensetzung des

Substratmaterials und/oder von Tiefenprofilen im Substrat ermöglicht.

In einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird dies dadurch ermöglicht, dass zwischen dem Strahlungsmittel und dem Substrat eine Schattenmaske, d.h., eine partiell transparente Maske, positionierbar ist, deren Grundkörper aus einem für die durch das Strahlungsmittel ausgesendete Strahlung transparenten Material besteht. Auf diesem ist substratseitig eine dünne

strahlungsreflektierende Schicht derart aufgebracht und strukturiert worden, dass sie Öffnungen genau an den

Positionen enthält, an denen die durch das Strahlungsmittel ausgesendete Strahlung auf das hinter der Schattenmaske befindliche Substrat treffen soll. Die Öffnungen können dabei Minimalbreiten von wenigen Zehntel Mikrometern aufweisen. Diese Schattenmaske enthält also die festgelegte „Energieeintragsstruktur", die das Substrat nach der thermischen Behandlung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aufweisen soll. Sie ist spezifisch ausgebildet, d.h., für unterschiedliche Verwendungen dieser Vorrichtung werden jeweils entsprechende Schattenmasken erstellt.

In einem speziellen erfindungsgemäßen Verfahren wird dabei die spezifische Schattenmaske, durch die festgelegt ist, in welchen Positionen das Substrat lokal thermisch behandelt werden soll, zwischen das Strahlungsmittel und das zu behandelnde Substrat eingebracht. Die Strahlung des

Strahlungsmittels gelangt also von der Rückseite der

Schattenmaske durch die Öffnungen in der

strahlungsreflektierenden Schicht hindurch auf das Substrat und führt nur dort zu einem lokalen Energieeintrag und damit beispielsweise zu einem lokalen Temperprozess . An Stellen, an denen keine Öffnung in der strahlungsreflektierenden Schicht vorhanden ist, wird das Licht zurück durch den transparenten Grundkörper der Schattenmaske reflektiert und führt damit zu keiner Erwärmung der Oberfläche des

Substrats, so dass eine thermische Behandlung dieser

Bereiche des Substrats vermieden wird. Dabei kann das

Einbringen der Schattenmaske vor der thermischen Behandlung oder aber zwischen verschiedenen Schritten der thermischen Behandlung des Substrats erfolgen. Auch ist ein sukzessives Arbeiten mit mehreren Masken in verschiedenen Teilschritten der thermischen Behandlung des Substrats möglich.

In einer speziellen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird hierfür eine Schattenmaske verwendet, die einen Grundkörper aus Quarzglas und eine aluminiumhaltige strahlungsreflektierende Schicht aufweist. Möglich ist hier beispielsweise eine Aluminiumschicht mit einer Dicke von zirka 100 nm. Auch andere Materialien wie Silber sind als strahlungsreflektierende Schicht einsetzbar. Prinzipiell sollte als Grundkörper für eine solche Schattenmaske ein erstes, für die eingesetzte Strahlung transparentes Material und für die auf dem Grundkörper befindliche strukturierte strahlungsreflektierende Schicht ein für die eingesetzte Strahlung idealerweise totalreflektierendes Material genutzt werden.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Strahlungsmittel während der thermischen Behandlung zeitlich und/oder räumlich seine

Strahlungsintensität variieren. Damit können bei einfachen zu erzeugenden „Energieeintragsstrukturen" diese allein über diese Variation der Strahlungsintensität erreicht werden, oder aber die Variation der Strahlungsintensität mit dem Einsatz einer Schattenmaske kombiniert werden, um auf diese Weise kompliziertere „Energieeintragsstrukturen" zu

erzeugen.

Dabei enthält in einer weiteren Ausführungsform der

erfindungsgemäßen Vorrichtung das Strahlungsmittel eine Vielzahl von einzelnen Strahlungskörpern. Dies ermöglicht eine einfache Erzeugung von Strahlung mit lokal variablen Intensitäten, wenn in dieser Ausführungsform jeder einzelne Leuchtkörper des Strahlungsmittels unabhängig angesteuert werden kann.

In einer häufig genutzten Ausführungsvariante des Verfahrens wird divergente Strahlung verwendete. In dieser

Ausführungsvariante ergibt sich eine Vielzahl von einfachen Realisierungsmöglichkeiten der Strahlungserzeugung. Das ist insbesondere günstig, wenn, wie in diesem Verfahren, beachtet werden muss, dass die ausgesendete Strahlung einen zur schnellen Erwärmung des Substrats geeigneten

Energieeintrag ermöglichen muss. Die Auswahl eines

bestimmten Wellenlängenbereichs wird dort notwendig, wo das Verfahren bei Einsatz von Strahlung beliebiger Wellenlängen zur Schädigung des Substratmaterials führen kann. Dies kann z.B. bei der Behandlung von organischem Material der Fall sein .

Die dafür verwendbare Ausführungsform der RTP-Vorrichtung enthält dementsprechend ein divergent ausstrahlendes

Strahlungsmittel. Solcherart Strahlungsmittel sind relativ einfach aufgebaut, können bei Bedarf auch größere Bereiche ausleuchten und es bietet sich eine größere Auswahl an für den jeweiligen Zweck einsetzbaren Strahlungsmitteln: Diese Strahlungsmittel können nichtkontinuierlicher wie auch kontinuierlicher Art sein. Neben im sichtbaren Bereich ausstrahlenden Strahlungsmitteln sind ggf. auch im

nichtsichtbaren Bereich strahlende Strahlungsmittel möglich.

Eine mögliche spezielle erfindungsgemäße Vorrichtung, die es erlaubt, Substrate mit divergenter Strahlung eines

definierten Wellenlängenbereiches thermisch zu behandeln, enthält hierfür zwischen Strahlungsmittel und Substrat positioniert mindestens ein Filter zum Unterdrücken

unerwünschter Wellenlängenbereiche. Besonders zur Behandlung von organischen Substratmaterialien wird hierfür ein Filter für UV-Strahlung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zwischen Strahlungsmittel und dem Substrat angeordnet. In der Praxis kann beispielsweise ein reguläres Floatglas, welches im Fensterbau eingesetzt wird, als Filter verwendet werden .

In einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen

Verfahrens wird das Substrat und/oder das Strahlungsmittel während der thermischen Behandlung bewegt. Dies bietet eine weitere Möglichkeit, den Energieeintrag lokal zu

beeinflussen, denn durch entsprechende Bewegungen kann die durch das Strahlungsmittel erzeugte Strahlung mehr oder weniger lange mehr oder weniger intensiv an einer

definierten Position zum Energieeintrag genutzt werden.

Hierzu umfasst eine besondere Ausführungsform der

erfindungsgemäßen Vorrichtung Mittel zur Bewegung des Substrats und/oder des Strahlungsmittels während des

Energieeintrags in das Substrat. Diese Mittel sind dabei so ausgebildet, dass die Bewegung des Substrats und/oder des Strahlungsmittels koordiniert zur gerade eingesetzten

Strahlungsintensität erfolgen kann.

In einer speziellen Ausführung des erfindungsgemäßen

Verfahrens wird die thermische Behandlung des Substrats in einer Inertgasatmosphäre, d.h. bei Vorhandensein von Gasen, mit denen das Substratmaterial selbst bei hohen Temperaturen keine Reaktion eingeht, durchgeführt, um eine chemische Veränderung des Substratmaterials durch den Einfluss der Umgebungselemente während der thermischen Behandlung zu vermeiden .

In wiederum einer anderen speziellen Ausführung des

erfindungsgemäßen Verfahrens findet die thermische

Behandlung des Substrats in einer Reaktivgasatmosphäre statt, sodass das Substratmaterial während der thermischen Behandlung mit dem Reaktivgas reagiert und dadurch die entsprechenden thermisch behandelten Bereiche des Substrats lokal chemisch verändert werden. So kann z.B. das

Vorhandensein von Sauerstoff während des erfindungsgemäßen Verfahrens zu einer lokalen Oxidation des thermisch

behandelten Substratmaterials führen.

Um eine definierte Atmosphäre, entweder eine

Inertgasatmosphäre oder eine Reaktivgasatmosphäre, bei der lokalen thermischen Behandlung von Substraten zu erreichen, enthält eine besondere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung Mittel zur kontrollierten Zufuhr von Gasen in die Vorrichtung und zur kontrollierten Evakuierung von Gasen aus der Vorrichtung. Zudem ist die entsprechende

erfindungsgemäße Vorrichtung so ausgeführt, dass ein unkontrolliertes Eindringen von Gasen von außerhalb der Vorrichtung nicht möglich ist. Die Mittel zur kontrollierten Zufuhr von Gasen können dabei entsprechende Gasleitungen mit regelbaren Ventilen sein. Zur kontrollierten Evakuierung ist beispielsweise ein Pumpensystem einsetzbar.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die dafür verwendete RTP- Vorrichtung sind einsetzbar für verschiedene lokal

differenzierte Veränderung von Substraten mittels lokal definierten Energieeintrags. Konkret kann es sich bei den lokalen Veränderungen des Substrates um lokale

Widerstandsänderungen oder lokale Änderungen der inneren Struktur des Substrates oder lokale Änderung von

Implantationsprofilen oder eine Reaktion von definierten

Teilbereichen des Substrats mit Gasen aus der Atmosphäre der Vorrichtung oder eine lokale Beeinflussung des Ätzverhaltens handeln. Bei diesen Eigenschaften handelt es sich um solche Substrateigenschaften, die gut mittels Energieeintrags modifizierbar sind. Auch Kombinationen dieser

Strukturierungsmaßnahmen sind möglich.

Prinzipiell ist solche Veränderung eines Substrats unter Temperatureinwirkung möglich, wobei es das erfindungsgemäße RTP-Verfahren und die RTP-Vorrichtung erlaubt, eine vorher festgelegte, d.h. aufgrund funktioneller Gründen geplante, „Energieeintragsstruktur" und damit eine festgelegte durch Temperatureinwirkung indizierte Strukturierung eines

Substrates vorzunehmen.

Als vorteilhaft hat sich die Anwendung des bisher

beschriebenen RTP-Verfahrens mit den verschiedenen

Ausführungsvarianten für die lokal definiert thermische Behandlung einer oder mehrerer oberster Schichten des

Substrats erwiesen. Die kurzen Expositionszeiten und die Beeinflussbarkeit der lateralen und Tiefen-Abmessungen der thermisch induzierten Struktur gestatten die Beschränkung der Strukturierung auf einzelne Schichten.

Dementsprechend entspricht es einer erfindungsgemäßen

Verwendung, durch einen lokalen Energieeintrag den Widerstand einer TCO-Schicht (Transparent Conductive Oxide- Schicht), die auf einem Substrat abgeschieden ist, lokal derart zu ändern, dass dadurch TCO-Leiterbahnen in

isolierendem TCO entstehen. Hierzu ist es zunächst nötig, den Widerstand einer kalt abgeschiedenen TCO-Schicht ganzflächig durch Energieeintrag zu vermindern und ihn anschließend lokal durch einen weiteren Energieeintrag entsprechend einer festgelegten „Energieeintragsstruktur", mit der alle Bereiche der TCO-Schicht festgelegt werden, deren Widerstand so hoch sein soll, dass sie isolierende Eigenschaften haben, stark zu erhöhen.

Eine lokal thermisch zu behandelnde Schicht kann zuvor auf dem Substrat mit einem der üblichen Verfahren, z.B. PVD, CVD oder nasschemisch abgeschieden sein. Zur energetischen oder anlagentechnischen Optimierung oder zur Ausnutzung

synergetischer Effekte in Verbindung mit dem

Beschichtungsverfahren oder zum Schutz des beschichteten Substrats vor Umgebungseinflüssen kann es von Vorteil sein, die oben beschriebene RTP-Vorrichtung mit geeigneten

Ausführungsvarianten in einer Beschichtungsvorrichtung zu integrieren .

Eine weitere erfindungsgemäße Verwendung ist die lokale Reaktion eines Substrates mit Gasen aus der das Substrat umgebenden Atmosphäre. Dabei findet eine Reaktion nur an den Positionen des Substrates statt, an denen der lokale

Energieeintrag zu einem Erreichen der nötigen

Reaktionstemperatur führt. Ein entsprechender

Anwendungsbereich hierfür ist die lokale Oxidation des zu behandelnden Substrats in einer oxidierenden Atmosphäre. Die erfindungsgemäße Lösung für ein Verfahren und eine

Vorrichtung zur lokalen thermischen Behandlung von

Substraten sowie deren Verwendung soll nun anhand mehrerer Anwendungsbeispiele erläutert werden. Die Fig. 1 zeigt eine Ausführungsvariante der

erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen

Darstellung. In einer RTP-Kammer 1 befindet sich als

Strahlungsmittel eine sich über die gesamte Breite der RTP- Kammer 1 ausdehnende Blitzlampe 2 und ein Substrat 6, das ebenfalls die gesamte Breite der RTP-Kammer 1 einnimmt und das einen lokalen Energieeintrag an vorher definierten Positionen 7 erhalten soll.

Dieses Substrat kann durch eine verschließbare Öffnung 9 in einer Seitenwand der RTP-Kammer in diese eingeführt und durch eine weitere verschließbare Öffnung 9 ' in der

gegenüberliegenden Seitenwand der RTP-Kammer wieder

ausgeführt werden, so dass diese RTP-Kammer Teil einer größeren Anlage zum Beschichten und Strukturieren von

Substraten sein kann, in der das Substrat von einer

Vorkammer, in der eine Vorprozessierung stattgefunden hat, in die erfindungsgemäße RTP-Kammer eingeführt wird und nach der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Folgekammer weiterprozessiert werden kann. In dieser RTP-Kammer 1 ist zwischen der Blitzlampe 2 und dem Substrat 6 eine Schattenmaske 3 positioniert, die aus einem Grundkörper 4 aus Quarzglas besteht, der eine

strahlungsreflektierende strukturierte Schicht 5 aus

Aluminium einer Dicke von lOOnm enthält, die substratseitig auf den Grundkörper 4 aufgebracht worden ist. Diese

Schattenmaske 3 kann bei Nichtgebrauch in der RTP- Vorrichtungskammer 1 weggedreht werden oder aber über eine verschließbare Öffnung 8 in der Seitenwand aus der RTP- Vorrichtungskammer 1 entnommen werden. Die Schattenmaske 3 enthält durch ihre

strahlungsreflektierende strukturierte Schicht 5 auf ihrem Grundkörper 4 die entsprechenden Informationen darüber, an welchen Positionen 7 des Substrats 6 bei Durchführung des entsprechenden Verfahrens der Energieeintrag durch die von der Blitzlampe 2 ausgesendete Strahlung vollzogen wird.

Aufgrund der divergenten Strahlung der Blitzlampe 2 befindet sich die Schattenmaske 3 idealerweise in Kontakt mit dem Substrat 6 oder in größtmöglicher Nähe zu diesem, da es sonst zu einer Verbreiterung der Strukturen der

Schattenmaske 3 kommt bzw. sich die Randbereiche der

Strukturen einer geringeren einfallenden LichtIntensität auf dem Substrat 6 ausgesetzt werden als zentrale Bereiche der Strukturen . Diese Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren kann nun in einem ersten Anwendungsbeispiel eingesetzt werden um eine gewünschte Widerstandsverteilung auf einem Substrat 6 einzustellen, und damit den Stromfluss bei großflächigen OLEDs oder Elektrochrombeschichtungen durch lokales und graduelles Tempern der entsprechenden Schicht zu verbessern, so dass im Fall des Leuchtens bzw. Schaltens keine

Helligkeitsunterschiede auftreten. Dabei sind auch große Substratflächen in Durchlaufanlagen behandelbar, wobei die Widerstands-Strukturen durch Variation der Leistung des Strahlungsmittels 2, dessen einzelne Leuchtelemente bzw.

Leuchtbereiche unabhängig voneinander ansteuerbar sind, beim alleinigen Durchlaufen oder durch den zusätzlichen Einsatz von Schattenmasken 3 während der Prozessierung in der Anlage eingestellt werden können. In einem weiteren Anwendungsbeispiel wird die

erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße

Verfahren verwendet, um eine bei Raumtemperatur

abgeschiedenen Schicht eines TCOs, also ein sogenanntes kalt abgeschiedenes TCO wie z.B. ein aluminiumdotiertes Zinkoxid (ZnO:Al), auf einem Substrat 6 durch einen lokalen

Energieeintrag unter Nutzung einer Schattenmaske 3 lokal zu tempern. Damit ist die Erniedrigung des Schichtwiderstands und somit die Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit von kalt abgeschiedenem aluminiumdotierten Zinkoxid in getemperten Bereichen um bis zu einer Größenordnung im

Vergleich zu nicht getemperten Bereichen möglich. Zudem wird durch einen lokalen Energieeintrag die Transparenz des TCOs an den gewünschten Positionen 7 erhöht. Die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur lokalen thermischen

Beeinflussung von TCO-Schichten ist aber nicht allein auf ein Absenken des Widerstandes eines gleichmäßig

aufgebrachten TCOs an den getemperten Stellen beschränkt. Es ist bekannt (DE 10 2008 009 337 AI), dass oberhalb einer bestimmten Temperatur der Widerstand des aluminiumdotierten Zinkoxids (ZnO:Al) wieder deutlich ansteigt. Dazu wird zunächst eine kalt in einem Vorprozess auf einem Substrat 6 abgeschiedene TCO-Schicht ganzflächig, d.h. ohne Nutzung einer Schattenmaske 3 oder einer sonstigen lokalen Variation der Leistung des Strahlungsmittels 2 und damit des

Energieeintrags, in einer RTP-Kammer 1 getempert und somit ihr Schichtwiderstand ganzflächig erniedrigt.

Anschließend wird die Schattenmaske 3 in der RTP-Kammer 1 zwischen dem die TCO-Schicht enthaltenden Substrat 6 und dem Strahlungsmittel 2 in Position gebracht und die TCO-Schicht erneut und mit deutlich höherer Leistung des

Strahlungsmittels getempert, wobei in diesem Schritt der lokale Energieeintrag an jeder Position 7 der TCO-Schicht durch die Schattenmaske 3 bestimmt wird. Mit den deutlich „übertemperten" TCO-Bereichen lassen sich nun größere

Unterschiede in der Leitfähigkeit und somit im Widerstand des TCOs herstellen als durch optimal getempertes TCO im Vergleich zu kalt abgeschiedenem. Im Grenzfall ist damit durch die mittels Schattenmaske 3 festgelegte

„Energieeintragsstruktur" die Strukturierung eines

isolierenden Materials innerhalb einer leitfähigen TCO- Schicht erreichbar. Es bleiben transparente, leitfähige TCO- Bahnen übrig, die begrenzt sind durch das isolierende TCO- Material der so behandelten TCO-Schicht.

Anwendung findet das erfindungsgemäße Verfahren und/oder die erfindungsgemäße Vorrichtung auch bei einem weiteren Prozess der OLED-Herstellung . Sollen strukturierte OLEDs hergestellt werden, so wird nach dem Stand der Technik das transparente leitfähige Material abgeschieden und dann an den Stellen, an denen das Material nicht benötigt wird, unter Zuhilfenahme einer Ätzmaske, die vorher z.B. mittels eines

fotolithografischen Schritts aufgebracht werden muss, weggeätzt. Das führt zu Kanten, die im weiteren

Herstellungsprozess stören, da sie Abschattungen bewirken. Auch hier werden nun stattdessen in der erfindungsgemäßen Anwendung die elektrischen Eigenschaften lokal durch einen lokalen Energieeintrag in einer insgesamt erhaltenen Schicht verändert .

Das erfindungsgemäße Verfahren und/oder die erfindungsgemäße Vorrichtung werden desweiteren auch zur topologischen

Strukturierung eingesetzt. Das ist dann möglich, wenn sich das Ätzverhalten eines Substratmaterials bzw. des Materials einer Schicht, die sich auf dem Substrat 6 befindet, durch Temperatureinwirkung signifikant verändert.

Auch für die lokale Kristallisation von organischen

Materialien, bei der deren Leitfähigkeit um mehrere

Größenordnungen erhöht wird, ist das erfindungsgemäße

Verfahren und/oder die erfindungsgemäße Vorrichtung

einsetzbar. In diesem Fall wird durch den zusätzlichen

Einsatz eines UV-Filters zwischen Blitzlampe 2 und die

Schattenmaske 3 die Organik vor Schäden zu geschützt.

Die lokale Oxidation eines Silizium-Wafers stellt ein weiteres Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Verfahrens und einer entsprechenden Vorrichtung dar. Hierzu wird das Silizium-Substrat 6 durch eine Schattenmaske 3, auf der die gewünschten Strukturen abgebildet sind, hindurch von einer Blitzlampe 2 bestrahlt, während es sich in einer stark oxidierenden Atmosphäre befindet. Neben der einfachen

Nutzung der so entstandenen Siliziumoxid-Bereiche als isolierende Bereiche zwischen zwei aktiven Silizium- Bereichen sind die so entstandenen Siliziumoxid-Strukturen als Maske für das Ätzen der noch offenliegenden unoxidierten Silizium-Bereiche des Wafers verwendbar. Diese Art der

Anwendung ist selbstverständlich auch auf die durch einen Energieeintrag gesteuerten Reaktionen von anderen

Substratmaterialien bzw. Schichtmaterialien auf Substraten 6 in anderen Reaktivgasatmosphären übertragbar.

Bezugszeichenliste

1 RTP-Kammer

2 Strahlungsmittel, Blitzlampe

3 Schattenmaske

4 Grundkörper

5 strahlungsreflektierende strukturierte Schicht

6 Substrat

7 Position des lokalen Energieeintrags

8 verschließbare Öffnung zum Ein- und Ausführen der

Schattenmaske

9, 9 ' verschließbare Öffnungen zum Ein- und Ausführen des Substrates

Claims

Patentansprüche

1. 1. Verfahren zur thermischen Behandlung von Substraten (6), unter Nutzung eines RTP-Prozesses, bei dem ein

Strahlungsmittel (2) einen Energieeintrag in das Substrat (6) ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (6) lokal definiert thermisch behandelt wird, also

unterschiedliche Bereiche auf dem Substrat (6) zur gleichen Zeit einem unterschiedlichen Energieeintrag ausgesetzt sind, indem ein oder mehrere Teilbereiche des Substrats (6) während einer Dauer in der Größenordnung von einer

Millisekunde der Strahlung eines Strahlungsmittels (2) ausgesetzt und der Energieeintrag in das Substrat (6) auf Teilbereiche mit einer Breite von kleiner 100 Mikrometern begrenzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Teilbereiche mittels des Strahlungsmittels (2) während einer Belichtungszeit einer Leistungsdichte von 1000 W/cm² und mehr ausgesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet, dass die zur thermischen Behandlung des

Substrats (6) benötigte Strahlung durch eine Blitzlampe (2) erzeugt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte lokale thermische

Behandlung mittels einer spezifischen Schattenmaske (3) erfolgt, die zwischen das Strahlungsmittel (2) und das zu behandelnde Substrat (6) eingebracht wird und während der thermischen Behandlung die vom Strahlungsmittel (2) ausgesendete Strahlung an den Stellen reflektiert, an denen sie das darunter liegende Substrat (6) nicht treffen soll.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlungsmittel (2) während der thermischen Behandlung zeitlich und/oder räumlich seine Strahlungsintensität variiert.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (6) mit divergenter

Strahlung eines definierten Wellenlängenbereichs lokal thermisch behandelt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (6) und/oder das

Strahlungsmittel (2) während der thermischen Behandlung bewegt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Behandlung des Substrats (6) in einer Inertgasatmosphäre, d.h. bei Vorhandensein von Gasen, mit denen das Substratmaterial selbst bei hohen

Temperaturen keine Reaktion eingeht, stattfindet.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Behandlung des Substrats (2) in einer Reaktivgasatmosphäre stattfindet, das

Substratmaterial während der thermischen Behandlung mit dem Reaktivgas reagiert und dadurch Bereiche des Substrats (6) chemisch verändert werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der thermischen Behandlung der Widerstand oder die innere Struktur des Substrates (6) oder ein Implantationsprofil lokal verändert wird oder definierte Teilbereiche des Substrats (6) mit Gasen aus der Atmosphäre der Vorrichtung reagieren oder das Ätzverhalten lokal beeinflusst wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (6) beschichtet ist und zumindest die oberste Schicht lokal definiert thermisch behandelt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass mittels der thermischen Behandlung lokal der Widerstand einer TCO-Schicht auf einem Substrat (6) derart geändert wird, dass zunächst der Widerstand einer kalt abgeschiedenen TCO-Schicht ganzflächig durch Energieeintrag vermindert wird und anschließend lokal durch einen weiteren Energieeintrag stark erhöht wird zur Ausbildung von TCO-Leiterbahnen in isolierendem TCO.

13. RTP-Vorrichtung, die ein Strahlungsmittel (2) und ein dem Strahlungsmittel (2) gegenüberliegendes

Substrataufnahmemittel enthält, auf dem ein Substrat (6) befestigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die

Vorrichtung Mittel zur definierten lokalen Variation des Energieeintrags in ein Substrat (6) beinhaltet, mit denen die Bereiche unterschiedlichen Energieeintrags auf eine

Breite von kleiner 100 Mikrometer begrenzbar sind, und dass mittels eines Strahlungsmittels (2) ein Energieeintrag über einen Zeitraum in der Größenordnung einer Millisekunde zu erzeugen ist .

14. RTP-Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch

gekennzeichnet, dass mittels des Strahlungsmittels (2) während einer Belichtungszeit einer Leistungsdichte von 1000 W/cm² und mehr zu erzeugen ist.

15. RTP-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlungsmittel (2) eine Blitzlampe aufweist.

16. RTP-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Strahlungsmittel (2) und dem Substrat (6) eine Schattenmaske (3)

positionierbar ist, deren Grundkörper (4) aus einem für die durch das Strahlungsmittel (2) ausgesendete Strahlung transparenten Material besteht und auf dem substrat seitig eine strahlungsreflektierende Schicht (5) derart aufgebracht und strukturiert ist, dass sie Öffnungen genau an den

Positionen (7) enthält, an denen die durch das

Strahlungsmittel (2) ausgesendete Strahlung auf das hinter der Schattenmaske (3) befindliche Substrat (6) treffen soll.

17. RTP-Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch

gekennzeichnet, dass die Schattenmaske (3) einen Grundkörper (4) aus Quarzglas und eine strahlungsreflektierende,

strukturierte Schicht (5) aufweist.

18. RTP-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlungsmittel (2) mit lokal variablen Intensitäten strahlend ausgebildet ist.

19. RTP-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlungsmittel (2) eine Vielzahl von einzelnen Strahlungskörpern enthält.

20. RTP-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlungsmittel divergent ausstrahlend ausgebildet ist.

21. RTP-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwischen Strahlungsmittel (2) und Substrat (6) positioniert ein Filter zum

Unterdrücken unerwünschter Wellenlängenbereiche enthält.

22. RTP-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel zur Bewegung des

Substrats (6) und/oder des Strahlungsmittels (2) während des Energieeintrags in das Substrat (6) umfasst.

23. RTP-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel zur kontrollierten Zufuhr von Gasen in die Vorrichtung und Evakuierung von Gasen aus der Vorrichtung enthält.

24. Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten mit einer Beschichtungskammer , in der ein Substrat (6) einer

Beschichtungsquelle gegenüberliegend anzuordnen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsvorrichtung eine RTP- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 23 umfasst.

25. Verwendung einer RTP-Vorrichtung nach einem der

Ansprüche 13 bis 23 zur lokalen Änderung des Widerstands und/oder der inneren Struktur und/oder eines

Implantationsprofils des Substrates (6) und/oder zur

Reaktion definierter Teilbereiche des Substrats (6) mit Gasen aus der Atmosphäre der Vorrichtung und/oder zur lokalen Beeinflussung des Ätzverhaltens des Substrats (6) mittels lokal definierter thermischer Behandlung.

26. Verwendung einer RTP-Vorrichtung nach einem der

Ansprüche 13 bis 23 zur lokalen Änderung des Widerstands einer TCO-Schicht auf einem Substrat (6) mittels lokal definierter thermischer Behandlung derart, dass zunächst der Widerstand einer kalt abgeschiedenen TCO-Schicht ganzflächig durch Energieeintrag vermindert wird und anschließend lokal durch einen weiteren Energieeintrag stark erhöht wird, so dass TCO-Leiterbahnen in isolierendem TCO entstehen.

27. Verwendung einer RTP-Vorrichtung nach einem der

Ansprüche 13 bis 23 zur lokalen Oxidation des zu

behandelnden Substrats (6) in einer oxidierenden Atmosphäre mittels lokal definierter thermischer Behandlung.