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Die Erfindung betrifft eine Transportrolle eines Rollentransportsystems für den Transport von wenigstens einem flächigen Substrat durch eine temperierte Prozesskammer, in welcher das Substrat während seines Durchlaufs durch die Prozesskammer bearbeitet wird.
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Transportrollen dieser Gattung werden im Stand der Technik vielfältig eingesetzt. Dabei sind die Transportrollen üblicherweise Zylinder, auf deren Mantelfläche die Substrate aufliegen. Ein Nachteil solcher zylindrischer Transportrollen ist, dass die Substrate auf den Transportrollen relativ leicht in der Transportebene beweglich sind und daher mitunter Abweichungen von der gewünschten Transportrichtung auftreten. Ein weiterer Nachteil solcher zylindrischer Transportrollen ergibt sich bei dem Einsatz in Hochtemperaturöfen, wenn die Oberfläche der Transportrollen verschmutzt ist. Eine solche Verschmutzung kann beispielsweise durch den Abrieb von Metallpasten entstehen, mit welchen die Substrate beschichtet sein können. Da die Mantelfläche von zylindrischen Transportrollen großflächig in Kontakt mit den darauf transportierten Substraten steht, kann eine Verschmutzung, beispielsweise eine Metallkontamination, auf die Substrate übertragen werden. Dadurch können die Substrate beschädigt werden.
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Aus der Druckschrift
WO 2010/101702 sind auch Transportrollen bekannt, auf welche konisch geformte Übergangsrollen montiert sind. Die Übergangsrollen sind auf den Transportrollen durch den Einsatz von Lagern leicht drehbar. Es treten nur geringe Reibungskräfte auf. Die Übergangsrollen sorgen durch ihre konische Form für eine definierte Lage von Substraten auf den Transportrollen und ermöglichen dadurch eine sichere Übergabe von Substraten zwischen verschieden schnell laufenden Förderbändern. Die Transportrollen sind durch ihren komplizierten Aufbau teure Komponenten. Außerdem ist der Einsatz solcher Rollen durch die eingesetzten Lager bei höheren Temperaturen problematisch.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Transportrolle aufzuzeigen, bei der ein sicherer Transport von Substraten in einer gewünschten Transportrichtung erfolgt, bei der ein Abrieb von den Substraten durch Reibung an der Transportrolle vermieden bzw. auf ein unkritisches Maß reduziert wird und die für den Einsatz bei hohen Temperaturen geeignet ist.
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Die Aufgabe wird durch eine Transportrolle der genannten Gattung gelöst, wobei die Transportrolle unter Ausbildung wenigstens eines einstückig mit der Transportrolle ausgebildeten Substratführungsbereiches profiliert ist, wobei der wenigstens eine Substratführungsbereich seitliche Endbereiche aufweist, auf welchen das Substrat aufliegt und welche einen größeren Durchmesser als die zwischen den Endbereichen liegenden Zwischenbereiche des Substratführungsbereiches aufweisen, sodass ein Kontakt der Auflageseite des Substrates mit der Transportrolle in diesem Zwischenbereich verhindert oder minimiert wird, ohne dass die Transportrolle hierfür eine Unterbrechung aufweist.
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Diese Transportrolle weist also für jedes Substrat, das auf ihr transportiert werden soll, einen Substratführungsbereich auf, auf dem der Transport der Substrate erfolgt. Die Transportrolle weist an den Rändern bzw. den Endbereichen dieses Substratführungsbereiches einen größeren Durchmesser auf als in der Mitte bzw. den Zwischenbereichen des Substratführungsbereiches. Dadurch wird erreicht, dass die Substrate nur mit ihren Rändern bzw. Kanten auf den Endbereichen der Substratführungsbereiche aufliegen und das Zentrum des Substrates durch den geringeren Durchmesser der Transportrolle im Zentrum des Substratführungsbereiches keinen Kontakt zur Transportrolle hat. Durch diese Substratführung wird ein sicherer Transport der Substrate erreicht, bei dem ein Verrutschen oder Verdrehen der Substrate vermieden wird. Der geringere Durchmesser im Zentrum bzw. in den Zwischenbereichen des Substratführungsbereiches dient der Vermeidung von Reibung zwischen Substrat und Transportrolle in diesem Bereich. Des Weiteren kann dieser Zwischenbereich zum Transport von Substratbruchstücken, die mit geringer Wahrscheinlichkeit auftreten, benutzt werden.
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In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Transportrolle weist die Transportrolle wenigstens zwei, jeweils durch wenigstens einen Bereich mit vergrößertem Durchmesser getrennte Substratführungsbereiche zur Ausbildung von wenigstens zwei parallelen Substratführungsspuren des Rollentransportsystems durch die Prozesskammer auf.
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Durch das Vorsehen von wenigstens zwei Substratführungsbereichen nebeneinander können wenigstens zwei Substrate zeitgleich nebeneinander transportiert und bearbeitet werden. Bei einer höheren Anzahl von Substratführungsbereichen auf einer Transportrolle kann auf dieser Transportrolle entsprechend eine höhere Anzahl von Substraten nebeneinander transportiert und bearbeitet werden. Dabei ist die Anzahl und Größe der Substratführungsbereiche auf den Transportrollen an die verwendeten Substrate und an die zu verwendende Prozesskammer anpassbar.
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In einer bevorzugten Ausbildung der erfindungsgemäßen Transportrolle weisen die seitlichen Endbereiche des wenigstens einen Substratführungsbereiches jeweils eine sich nach außen im Durchmesser vergrößernde Schräge oder konkave Wölbung auf. Die konkave Wölbung weist am Rand des Substratführungsbereiches eine stärkere Zunahme des Durchmessers auf als der innere Bereich der konkaven Wölbung. Hierdurch wird erreicht, dass eine Randlage der Substrate im Substratführungsbereich energetisch ungünstiger ist als eine zentrale Lage. Dadurch werden die Substrate von der Schwerkraft sanft in die zentrale Lage innerhalb des Substratführungsbereiches gezwungen.
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In einer vorteilhaften Ausbildung der erfindungsgemäßen Transportrolle verläuft die Schräge in einem Neigungswinkel zwischen 3° und 45° zu der Rotationsachse der Transportrolle. Neigungswinkel unter 3° wurden experimentell als wirkungslos ermittelt und Neigungswinkel über 45° haben sich als zu große Belastung für die Ränder der Substrate erwiesen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Transportrolle verläuft die Schräge in einem Neigungswinkel von 6° zu der Rotationsachse der Transportrolle. Ein Neigungswinkel von 6° hat sich als optimaler Winkel für die Auflage der Substrate herausgestellt. Bei diesem Winkel erfolgt einerseits ein sicherer Substrattransport, andererseits wird keine Partikelentstehung beobachtet.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weisen die seitlichen Endbereiche des wenigstens einen Substratführungsbereiches jeweils einen sich stufenförmig nach außen vergrößernden Durchmesser zur Auflage unterschiedlich breiter Substrate auf. In dieser Ausbildung kann die Transportrolle zum Transportieren unterschiedlich breiter Substrattypen eingesetzt werden. Dadurch können Umrüstarbeiten in einer Fertigungsumgebung mit zwei verschiedenen Substratgrößen vermieden werden.
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In einer einfachen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Transportrolle weisen die jeweils zwischen den Endbereichen liegenden Zwischenbereiche des wenigstens einen Substratführungsbereiches einen konstanten Durchmesser auf. Der zwischen den Endbereichen eines Substratführungsbereiches liegende Zwischenbereich hat eine mechanische Funktion bei der Lagerung der Rollen. Des Weiteren dient dieser Zwischenbereich in dem Havariefall eines Substratbruches zum Transport der Substratbruchstücke. Bei einer Ausbildung dieses Zwischenbereiches mit einem konstanten Durchmesser als Zylinder ist die Herstellung der Transportrolle besonders einfach.
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In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Transportrolle weisen die jeweils zwischen den Endbereichen liegenden Zwischenbereiche des wenigstens einen Substratführungsbereiches einen sich zur Mitte des Substratführungsbereiches hin verringernden Durchmesser auf. Die Substrate werden auf der Transportrolle aufliegend in einer temperierten Prozesskammer bearbeitet. Die Bearbeitungsergebnisse der Substrate sind somit in aller Regel temperaturabhängig. Bei der Einstellung der Temperatur der Substrate treten verschiedene Effekte auf. An der Auflage der Substrate liegt ein niedrigerer Wärmeübergangswiderstand vor als im Zentrum bzw. in der Mitte des Substratführungsbereiches, wo die Substrate hohl aufliegen und wo der Wärmeübergangswiderstand mit dem Abstand zwischen Substrat und Transportrolle zunimmt. Des Weiteren findet während der Prozesssierung ein Energieeintrag auf Substrate und Transportrollen Beispielsweise durch Heizlampen oder durch Plasmen auf. Das Prozessierungsergebnis auf den Substraten ist dann von dem Ort auf dem Substrat und vom zeitlichen Temperaturverlauf an diesem Ort abhängig. Durch den verringerten Durchmesser der Mitte des Substratführungsbereiches kann die Homogenität des Prozessierungsergebnisses, beispielsweise einer abgeschiedenen Schichtdicke, optimiert werden. Auf diese Weise wird dann beispielsweise eine gleiche abgeschiedene Schichtdicke im Substratzentrum und am Substratrand, an dem das Substrat aufliegt, erreichbar.
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In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Transportrolle ist das Substrat ein 156 mm-Substrat und die Transportrolle weist eine maximale Substratauflagebreite von 156,4 mm bis 157,2 mm auf. Bei einer bevorzugten Ausbildung dieser Transportrolle beträgt die maximale Substratauflage 156,8 mm.
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In einer weiteren Variante der Erfindung ist die Transportrolle zumindest in dem temperierten Bereich der Prozesskammer aus Keramik ausgebildet. Keramiken sind formstabile und dauerhafte Werkstoffe, die zur Ausbildung der Transportrolle gut geeignet sind.
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In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist die Transportrolle aus einem wenigstens bis 300°C hitzebeständigen Material ausgebildet. Viele temperierte Prozesskammern weisen Temperaturen über 300°C auf und benötigen entsprechend hitzebeständige Transportrollen. Deshalb werden die Transportrollen bevorzugt aus dem vorgeschlagenen hitzebeständigen Material ausgebildet, wobei sie dann beliebig bei hohen oder niedrigen Temperaturen eingesetzt werden können.
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In einem vorteilhaften Beispiel der Erfindung ist die Transportrolle wenigstens in dem Abschnitt der Transportrolle, der in der temperierten Prozesskammer vorgesehen ist, aus einem metallkontaminationsfreien Material ausgebildet. Insbesondere bei hohen Temperaturen ist der Effekt der Metalldiffusion beobachtbar, das heißt, dass Metallatome von einem Ort zu einem anderen Ort wandern. Bei Verwendung von Transportrollen aus Metall könnten beispielsweise Metallatome über die Auflagen der Substrate in die Substrate diffundieren, wobei die Metallatome in den Substraten Schäden, beispielsweise Änderungen der elektronischen Eigenschaften, hervorrufen könnten. Als Quelle für eine Metalldiffusion kommen nicht nur metallische Transportrollen in Frage, sondern auch Materialien, in denen Metalle nur als Teilbestandteile oder gar als Spuren vorliegen. Vorzugsweise werden daher Materialien eingesetzt, von denen keine Metallatomdiffusion ausgeht.
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In einer günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Transportrolle weisen die seitlichen Endbereiche des wenigstens einen Substratführungsbereiches eine Antihaftbeschichtung und/oder eine Aufrauhung auf. Durch eine Antihaftbeschichtung und/oder durch Aufrauhung wird das Anhaften von Partikeln an den Transportrollen vermieden bzw. stark verringert, womit die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Partikeln auf den Substraten mit der Ursache im Rollentransportsystem reduziert wird. Diese Option ist beispielsweise dann von Interesse, wenn die Substrate im Auflagebereich eine nicht abreibbare Beschichtung aufweisen.
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In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung weist die Transportrolle einen Mindestdurchmesser von 22 mm auf. Bei diesem Durchmesser weist die Transportrolle eine ausreichende mechanische Stabilität auf.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sollen im Folgenden anhand von Figuren näher erläutert werden, wobei
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1 schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Transportrolle in einer perspektivischen Ansicht zeigt; und
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2 schematisch einen Ausschnitt aus einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Transportrolle im Querschnitt zeigt.
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1 zeigt schematisch ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Transportrolle 1 in einer perspektivischen Ansicht. Die Transportrolle 1 ist eine profilierte bzw. strukturierte Transportrolle, die Bereiche mit unterschiedlichen Durchmessern, aber keine Unterbrechung aufweist. Die gezeigte Transportrolle 1 weist einen Substratführungsbereich 2 auf. In anderen, nicht dargestellten Ausbildungen kann die erfindungsgemäße Transportrolle 1 auch zwei oder mehr Substratführungsbereiche 2 aufweisen. Der Substratführungsbereich 2 weist zwei seitliche Endbereiche 3 auf, die einen größeren Durchmesser als der zwischen den Endbereichen 3 liegende Zwischenbereich 4 aufweisen. Auf den Endbereichen 3 ist die Auflage eines Substrates 8, wie in 2 gezeigt, vorgesehen. Zwischen der Transportrollenmantelfläche in dem Zwischenbereich 4 und dem Substrat 8 ist hingegen ein Abstand vorgesehen. Die Transportrolle 1 kann außer dem Substratführungsbereich 2 noch weitere Elemente, wie beispielsweise Lager, aufweisen.
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Die dargestellte Transportrolle 1 ist aus einer Keramik ausgebildet und weist eine Temperaturbeständigkeit über 300°C auf. Die gezeigte Transportrolle 1 ist in verschiedenen Prozesskammern, beispielsweise in einer Prozesskammer für eine PECVD-Si3N4-Beschichtung bei 400°C, in einer Prozesskammer zum Einbrennen von Metallpasten zur Erzeugung metallischer Leitbahnen bei bis zu 900°C oder auch in Dotierkammern ebenfalls bei Temperaturen bis zu 900°C eingessetzbar. Der Einsatz der erfindungsgemäßen Transportrolle 1 ist aber nicht auf diese beispielhaft aufgeführten Prozesskammern beschränkt. Sie kann hingegen in beliebigen Rollentransportsystemen zum Einsatz kommen.
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In 2 ist ein Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Transportrolle 1 im Querschnitt dargestellt. Dieser Ausschnitt umfasst einen oben beschriebenen Substratführungsbereich 2. Der Substratführungsbereich 2 wird von zwei Endbereichen 3 begrenzt, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei Abschnitten 3a, 3b bestehen und einen zum Rand des Substratführungsbereiches 2 zunehmenden Durchmesser aufweisen. Auf den Endbereichen 3 und speziell auf dem Abschnitt 3a ist die Auflage eines Substrates 8 vorgesehen.
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In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel nimmt der Durchmesser der Transportrolle 1 in dem Abschnitt 3a des Endbereiches 3 nach außen hin in Form einer Schräge zu, deren Neigungswinkel 5 zu der Rotationsachse R der Transportrolle 6° beträgt. Der Abschnitt 3b des Endbereiches 3 weist eine größere Schräge, das heißt einen größeren Neigungswinkel zur Rotationsachse R auf. In anderen, nicht dargestellten Ausbildungen von erfindungsgemäßen Transportrollen 1 kann auch die Schräge in dem Endbereich in mehr als zwei Stufen zunehmen oder der Endbereich 3 kann eine konkave Wölbung aufweisen. Das Substrat 8 liegt nur mit seinen Außenkanten bzw. Rändern auf der Transportrolle 1 in dem Substratführungsbereich 2 auf. Je nach Temperatur lässt die mechanische Festigkeit des Substrates 8 nach und es ist auch möglich, dass sich das Substrat 8 durchbiegt und sich der Auflagebereich dadurch etwas vergrößert. In dem Zwischenbereich 4 zwischen den Endbereichen 3 ist aber ein Abstand zwischen der Transportrolle 1 und dem Substrat 8 gewährleistet. Durch den Abstand zwischen Substrat 8 und Transportrolle 4 wird ein Abrieb von dem Substrat 8 vermieden.
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Beispielsweise neigen Aluminiumpasten auf der der Transportrolle 1 zugewandten Seite des Substrates 8 wegen ihrer geringen Temperaturbeständigkeit zum Abrieb. Substrate 8 mit Aluminiumpasten außerhalb der Endbereiche des Substrates 8 können daher auf der erfindungsgemäßen Transportrolle 1 in dem dargestellten Substratführungsbereich 2 sicher transportiert werden.
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Die Transportrolle 1 besteht in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer Keramik, während das Substrat 8 aus Silizium besteht, welches einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als die Keramik aufweist. Bei einer Erwärmung von Substratführungsbereich 2 und Substrat 8 nimmt daher die Länge des Substrates 8 stärker zu als die Länge des Substratführungsbereiches 2. Für ein Siliziumsubstrat mit 156 mm Breite beträgt daher die Substratauflagebreite 6 vorzugsweise 156,8 mm.
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In 2 sind die Längenverhältnisse der erfindungsgemäßen Transportrolle 1 nicht maßstäblich, sondern schematisch zur guten Erkennbarkeit dargestellt. Je nach verwendeten Substraten 8 und vorhandener Beschichtung im Auflagebereich der Substrate 8 auf den Endbereichen 3 kann ein unerwünschter Abrieb von den Substraten 8 auftreten, und es kann zu einem Anhaften des Abriebs an den Transportrollen 1 kommen. Derartigen Problemen kann durch eine Antihaftbeschichtung auf den Transportrollen 1 wenigstens im Endbereich 3 und/oder durch Aufrauhungen in diesem Bereich entgegengewirkt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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