Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur insbesondere kurzzeitigen thermischen Behandlung von insbesondere flachen Gegenständen, wie Halbleiter-, Glas-oder Metallsubstrate, mit beidseitig der Substratoberflä- chen angeordneten Temperierungseinrichtungen zum Wärmeaustausch mit dem Substrat, welcher Wärmeaustausch zumindest teilweise durch Wärmelei- tung über ein wärmeleitendes Medium erfolgt.

Bei der Herstellung von Bauelementen aus einem Halbleitermaterial ist es oft- mals erforderlich, die Substrate oder die bereits strukturierten, beschichteten oder anderweitig bspw. durch Implantationsschritte vorbehandelte Substrate thermisch nachzubehändeln. Dies erfolgt in einem mit Rapid-Thermal- Processing bezeichneten Verfahren (RTP). Die beiden gegenüberliegenden Breitseitenflächen des Substrates können unterschiedliche Oberflächen- Emissivitäten aufweisen. Um die Substrate gleichmäßig, d. h. ohne inneren Temperaturgradienten aufzuheizen, müssen die Strahlungsleistungen, mit de- nen die beiden Seiten aufgeheizt werden, an die verschiedenen Oberflächen- Emissivitäten angepasst werden. Die Erwärmung erfolgt bspw. mittels infraro- ter Strahlung oder auch über Wärmeleitung, die über ein mit der Substratober- fläche in Kontakt befindliches Medium, bspw. ein Gas, erfolgt. Auch die Ab- kühlrate hängt von der Oberflächen-Emissivität ab. Es müssen deshalb geeig- nete Maßnahmen vorgesehen sein, damit sich die Temperatur auf den beiden Oberflächen gleichmäßig absenkt oder erhöht. Das Aufheizen und das Ab- kühlen sollen schnell erfolgen. Während des RTP-Verfahrens kann sich die Oberflächen-Emissivität ändern. Die Emissivität ist das Maß dafür, in welchem Umfange das Substrat Wärme abstrahlt bzw. Strahlungswärme aufnimmt. Da der Wärmeabtransport vom Substrat insbesondere bei hohen Temperaturen

sehr stark von der Emissivität der jeweiligen Oberfläche abhängig ist, und die Emissivitäten der Vorder-und der Rückseite in der Regel nicht identisch sind, besteht grundsätzlich die Gefahr, dass sich das Substrat beim Abkühlen bzw.

Aufheizen thermisch verbiegt. Dies wird um so bedeutender, je größer das Substrat ist. Die kreisscheibenförmigen Substrate können Durchmesser von bspw. 300 mm besitzen. Im Stand der Technik ist es bekannt, diesem Phäno- men dadurch entgegenzuwirken, dass die Erwärmung der beiden Substrat- Breitseiten getrennt geregelt wird. Dies erfordert eine hochgenaue, emissivi- tätskompensierte Temperaturmessung. Dies hat den Nachteil, dass teure und/oder begrenzt genaue Meß-und Regelaufbauten verwendet werden. Zu- dem ist mit einem derartigen Aufbau ein Temperaturgradient von der Vorder- zur Rückseite nicht gänzlich vermeidbar, z. B. beim Abkühlen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren bzw. die gattungsgemäße Vorrichtung gebrauchsvorteilhaft weiterzubilden.

Gelöst wird die Aufgabe durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren bzw. die im Anspruch 2 angegebene Vorrichtung, wobei darauf abgestellt ist, dass das wärmeleitende Medium eine Mischung aus zumindest zwei Gasen mit stark verschiedener Wärmeleitfähigkeit ist und die Mischung auf beiden Substrat-Breitseiten individuell einstellbar ist. Die Mischung wird derart indi- viduell eingestellt, dass unter Berücksichtigung des jeweiligen Gesamt- Wärmeaustausches über Wärmestrahlung die jeweilige Oberflächentemperatur zeitlich kontrolliert ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Verlauf der Tem- peratur beim Aufheizen oder Abkühlen und ihr jeweiliger Wert auf den beiden Substrat-Breitseiten gleich groß ist. Ein vermehrter Austausch über Wär- mestrahlung kann durch ein Gasmischungsverhältnis, bei dem das schlecht wärmeleitfähige Gas dominiert, kompensiert werden.

Ein geringer Wärmeaustausch über Wärmestrahlung wird in entsprechender Weise über eine Gasmischung kompensiert, in der das stark wärmeleitfähige Gas dominiert. Es ist erfindungsgemäß aber auch möglich, den Wärmeaus- tausch auf den beiden Seiten unterschiedlich groß zu halten, so dass beim Auf- heizen oder beim Abkühlen des Substrates sich innerhalb des Substrates von der Vorder-zur Rückseite ein Temperaturgradient ausbildet, der insbesondere über die gesamte Wärmebehandlungszeit oder Wärmeaustauschzeit gleich ge- halten wird. Beide Gasgemische werden separat gesteuert. Die Gasgemische können aus inerten Gasen mit hoher Reinheit mit unterschiedlichen spezifi- schen Wärmeleitwerten ausgewählt werden. Die Regelung kann mittels einfa- cher Massenflußregler erfolgen. Gase mit hoher Wärmeleitfähigkeit sind bspw.

Wasserstoff oder Helium. Gase mit niedriger Wärmeleitfähigkeit sind Stickstoff oder Argon. Die Mischung wird mit einem derartigen Totaldruck und Verhält- nis unter-und/oder oberhalb des Substrates in die Prozesskammer eingeleitet, dass über die Wärmeleitfähigkeit in ausreichendem Maße Wärme mit dem Substrat ausgetauscht wird. Die Temperierungseinrichtungen, insbesondere diejenigen zur Kühlung des Substrates können deshalb mit geringem Abstand oberhalb oder unterhalb des Substrates angeordnet sein. Bei einer vertikalen Lage des Substrates in der Prozesskammer liegen die beiden Temperierungs- einrichtungen dann in Horizontalrichtung neben dem Substrat, wobei die An- ordnung und die Gestalt der Temperierungseinrichtungen so gewählt ist, dass der Wärmetransport vom bzw. zum Substrat über die gesamte Substratoberflä- che derart gleichmäßig erfolgt, dass sich über die Substratoberflächen keine nennenswerten Temperaturunterschiede einstellen. Bevorzugt werden die Temperierungseinrichtungen und die Mischungen der beiden Gase so einge- stellt, dass unter Berücksichtigung des Wärmetransportes über Wärmestrah- lung beidseitig solche Wärmemengen pro Zeiteinheit ausgetauscht werden, so dass der innere Temperaturgradient von der Vorder-zur Rückseite des Substra- tes Null ist. Bevorzugt durchströmt die Mischung einen Spaltraum, der unter-

halb und/oder oberhalb des Substrates liegt. Zufolge dieses stetigen Gasaus- tausches ist ein schneller Wechsel des Gasgemisches möglich. Durch eine Än- derung des Mischungsverhältnisses während des Wärmeaustausches ist es möglich, den Wärmefluss über die variable Wärmeleitfähigkeit zu steuern. Es ist auch möglich, gezielt die Wärmebilanz je Oberfläche unterschiedlich einzu- stellen unter Inkaufnahme der thermischen Spannung. Auch dies kann über die Trimmung des Gasgemisches erfolgen. Bevorzugt befindet sich auf der Un- terseite des Substrates nur ein relativ dünner Gasspalt. Das Gasvolumen ist dann hinreichend dünn ausgebildet, um ein Gaspolster auszubilden, auf wel- chem das Substrat aufliegt. Das Gaspolster kann von dem mäßig in das Volu- men einströmenden Gasmischungsfluss ausgebildet werden. Die einströmende Gasmasse wird derart gering gehalten, dass über den Gasmassen-Strom kein nennenswerter Wärmeabtransport erfolgt. Das Substrat kann von dem Gasstrom nicht nur schwebend und gleichzeitig isostatisch und isotherm gela- gert werden. Es kann von dem Gasstrom auch drehangetrieben werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen : Fig. 1 grob schematisiert ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit oberhalb und unterhalb des Substrates angeordneten Temperierungs- einrichtungen, Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem das Substrat frei auf einem Gaspolster schwebt und Fig. 3 der Temperaturverlauf der Temperaturen T1, T2 der beiden Substratoberflächen beim Aufheizen bzw. Abkühlen.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt das Substrat 1 auf La- gerböckchen 10 auf. Diese Lagerböckchen 10 bewirken, dass das Substrat 1 ei- nen Spaltabstandsraum 5 zu einer unteren Temperierungseinrichtung 3 ein- nimmt. Diese Temperierungseinrichtung 3 kann eine Wärmesenke oder eine Wärmequelle sein. Ebenso kann die oberhalb des Substrats angeordnete Tem- perierungseinrichtung 2 ebenfalls über einen Spaltzwischenraum 4 vom Substrat 1 beabstandet angeordnete Temperierungseinrichtung 2 eine Wärme- senke oder eine Wärmequelle sein. Die Temperierungseinrichtungen 2 und 3 können auch beide Funktionen übernehmen. Bspw. können sie gekühlte Ober- flächen ausbilden und zu einer anderen Zeit infrarotstrahlend wirken, um ei- nerseits das Substrat durch Wärmeabfuhr zu kühlen und andererseits das Substrat durch Wärmezufuhr aufzuheizen.

Durch die Temperierungseinrichtungen 2,3 führen jeweils Zuleitungen 6,7.

Die Zuleitungen 6,7 können auch andersartig gestaltet sein. Ihr Ziel ist es, ein Gasgemisch, das bspw. aus Helium und Argon oder Wasserstoff und Stickstoff besteht, in die beiden Spaltzwischenräume 4,5 einzuleiten.

In jeden der beiden Spaltzwischenräume 4,5 wird ein individuelles Gasgemisch aus Wasserstoff und Stickstoff bzw. Helium und Argon stetig eingeleitet. Der Totaldruck der beiden Gasmischungen ist im Wesentlichen gleich. Er ist so hoch, dass die Gase in dem Spaltzwischenraum 4,5 wärmeleitend wirken. Mit entsprechender Vorgabe ist auch die Spaltbreite der Spaltzwischenräume 4,5 gewählt.

Wasserstoff und Stickstoff werden mittels individuellen Massenflussreglern 8,9 in die jeweilige Zuleitung 6,7 geleitet.

Bei dem in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel lagert das Substrat 1 während des Wärmeaustauschens nicht auf den Rand des Substrates 1 unter- stützenden Böckchen 10, sondern liegt freischwebend auf einem Gaspolster auf, welches von dem durch die Zuleitung 7 in den Spaltraum 5 eingebrachten Gas- gemisch aufrechterhalten wird. Bspw. brauchen hier lediglich Haltestege 11 vorgesehen zu werden, die das Substrat 1 in Position halten. Diese sind aber nicht zwingend notwendig. Das Substrat kann auch selbstzentrierend auf dem Gaspolster aufliegen.

In der Fig. 2 sind zusätzlich optionale Halteböckchen 10 dargestellt, welche zum Be-oder Entladen der Prozesskammer das Substrat 1 anheben können.

Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Folgende : Das Substrat 1 kann auf seinen beiden Substratoberflächen unterschiedliche Wärmeemissivitäten besitzen. Dies hat zur Folge, dass bei gleicher Strahlungs- leistung der eine Heizungsfunktion ausübenden Temperierungseinrichtungen 2,3 die Erwärmung der beiden gegenüberliegenden Substratbreitseitenflächen unterschiedlich sein kann. Jedenfalls ist der Wärmezufluss ins Substrat über Wärmestrahlung verschieden hoch. Ähnliche Effekte treten beim Abkühlen des Substrates 1 auf. Die unterschiedlichen Emissivitäten führen dazu, dass im Wege der Wärmestrahlung beidseitig unterschiedliche Wärmemengen abgege- ben werden. Dies hat zur Folge, dass während des Aufheizens bzw. Abkühlens des Substrates die Substratoberflächen unterschiedliche Temperaturen aufwei- sen können. Dieser innere Temperaturgradient kann zu unerwünschten Ver- formungen führen.

In die Spaltzwischenräume 4,5 unterhalb und oberhalb des Substrates 1 wird ein Gasgemisch aus Wasserstoff und Stickstoff eingeleitet. Dieses Gasgemisch besitzt auf der Substratseite, welche eine hohe Emissivität besitzt, einen großen

Stickstoffanteil. Die Gasmischung besitzt dann eine geringe Wärmeleitfähig- keit. Auf der Seite, auf der die Emissivität geringer ist, besitzt die Gasmischung 4 einen höheren Wasserstoffanteil, so dass die Gasmischung dort eine höhere Wärmeleitfähigkeit besitzt. Die Wärme, die zufolge der unterschiedlichen Wärmestrahlung auf der einen Seite weniger abgestrahlt bzw. durch Strahlung zugeführt wird, wird durch eine entsprechende Wärmeabfuhr bzw. Wärmezu- fuhr über Wärmeleitung kompensiert, so dass die Oberflächentemperaturen auf den beiden Substrat-Breitseitenflächen während des Wärmeaustausches im We- sentlichen gleich bleibt. Dabei kann es erforderlich sein, dass die über die Mas- senflussregler 8,9 einstellbare Gasmischung während des Aufheiz-oder Ab- kühlprozesses geändert wird.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird mittels des von den Massenflussreglern 8', 9'bereitgestellten Gasflusses ein Gaspolster aufgebaut, auf welchem das Substrat 1 frei schwebt. Ein Wärmeaustausch über Oberflä- chenkontakt mit Halteböckchen oder dergleichen wird dadurch vermieden.

Die Düse, die am Ende der Zuleitung 7 sitzt, kann gerichtet sein, so dass auf das Substrat 1 ein Drehimpuls übertragen wird. Insbesondere sind eine Vielzahl von Düsen sowohl oberhalb als auch unterhalb des Substrates 1 zu bevorzugen.

Mittels dieser Düsen kann das Substrat 1 sogar drehangetrieben werden.

Es kann auch vorteilhaft sein, bei bestimmten Anwendungen die Wärmebilanz auf den beiden Oberflächen gezielt unterschiedlich einzustellen. Dies kann ins- besondere dann erwünscht sein, wenn man bewusst thermische Spannungen durch Temperaturunterschiede zwischen Vorder-und Rückseite einstellen will.

Während des Prozesses können die Temperaturen der beiden Oberflächen op- tisch gemessen werden. Einer Temperaturdrift kann durch entsprechendes Ge-

gensteuern durch Änderung der Gasmischungszusammensetzung entgegen- gewirkt werden.

Den Verlauf der Temperatur Ti auf der einen Substratoberfläche und der Tem- peratur T2 auf der anderen Substratoberfläche beim Aufheizen, Wärmebehan- deln und Abkühlen zeigt die Fig. 3. Dabei ist der Verlauf der Temperatur Ti mit einer durchgezogenen und der Verlauf der Temperatur T2 mit einer gestri- chelten Linie dargestellt. Die beiden Linien liegen nahezu in Deckung. Dies ist eine Folge des optimierten Trimms der Wärmezufuhr zu den beiden Substrat- breitseiten mittels Wärmestrahlung einerseits und geregelter Wärmeleitung andererseits. Auch der Abkühlprozess erfolgt über Wärmeabstrahlung bzw.

Wärmeableitung. Auch dabei ist die Wärmeleitung geregelt.

Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich. In der Offen- barung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehö- rigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollin- haltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.