DD220509A1

DD220509A1 - Vorrichtung zum heizen und kuehlen von scheibenfoermigen objekten

Info

Publication number: DD220509A1
Application number: DD25806583A
Authority: DD
Inventors: Karl-Heinz Freywald; Hans-Christoph Moeslein; Edmund Ritter
Original assignee: Erfurt Mikroelektronik
Priority date: 1983-12-16
Filing date: 1983-12-16
Publication date: 1985-04-03
Also published as: DD220509B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine zur Temperaturregelung geeignete Vorrichtung zum Heizen und Kuehlen von scheibenfoermigen Objekten, insbesondere zur hochempfindlichen elektrischen Parametermessung an Halbleiterbauelementen im Scheibenverband, in einem Temperaturbereich von etwa 77 K bis etwa 650 K. Ziel ist eine Verbesserung der Vorrichtung dahingehend, dass der Aufwand fuer das Temperaturregelsystem verringert wird und Messungen mit hoeheren Empfindlichkeiten moeglich sind. Aufgabe ist es, die thermischen Eigenschaften fuer die Temperaturregelung zu verbessern und die Stoereinfluesse aus dem Heizerstromkreis auf das Messobjekt zu verringern. Die erfindungsgemaesse Vorrichtung besteht aus einer metallischen Scheibenauflage innerhalb einer Messkammer, wobei unterhalb der Scheibenauflage ein Temperaturstrahler angeordnet ist und sich unmittelbar in der Scheibenauflage Kuehlkanaele befinden. Die Scheibenauflage ist elektrisch und thermisch von der Messkammer und einem Kuehlmitteldurchlaufsystem isoliert. Die Isolierung von der Messkammer erfolgt durch drei radial-symmetrisch angeordnete Keramikelemente, die Isolierung vom Kuehlmitteldurchlaufsystem durch isolierende Schlauchstuecke, die zur Verhinderung der Eisbildung in von den Kuehlmitteldaempfen durchstroemten koaxialen Rohren angeordnet sind.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine für Temperaturregelung geeignete Vorrichtung zum Heizen und Kühlen von scheibenförmigen Objekten zur hochempfindlichen elektrischen Parametermessung an Halbleitern und Bauelementen, vorzugsweise mittels Tastsonden kontaktierten Halbleiterstrukturen im Scheibenverband, in einem Temperaturbereich von ca. 77 K bis ca. 650K mit elektrisch isolierter Objektauf jage in trockener Atmosphäre.

Charakterisierung der bekannten technischen Lösungen -

Es ist bekannt, daß scheibenförmige Objekte durch thermische Berührung mit einer ebenen Objektauflage temperiert werden {Koyama, R. Y.; Buehler, M. G.; „Novel variable-temperature chuck for use in the detection of deep levels in processed semiconductor wafers"; Reviewof scientific Instruments Vol.50 (8) August1979, pp.983-987).

Die Objektauflage wird über eine elektrisch isolierende Zwischenlage von einem Heiz- und Kühlsystem durch Wärmeleitung erwärmt bzw. gekühlt, wobei die Erwärmung durch isoliert angebrachte elektrische Heizer bzw. Kühlung mittels durch Hohlräume geleitetes Kühlmittel erfolgt.

Es ist weiter bekannt, daß die Temperaturregelung der Objektaufnahme mittels eines elektronischen Regelsystems mit zwei Temperaturfühlern erfolgt. Diese sind an der Objektauflage und im Heiz- und Kühlsystem angeordnet. Nachteilig bei der bekannten Lösung ist das ökonomisch aufwendige Regelsystem mit zwei Istwertgebern, um die Regeleigenschaften infolge der verzögerten Wärmeübertragung zwischen dem Heiz- und Kühlsystem und der Objektauflage über die isolierende Zwischenlage zu verbessern. Ein weiterer Nachteil der bekannten Lösung ist die kapazitive elektrische Verkopplung zwischen elektrischem Heizer und Scheibenauflage. Störende elektrische Einflüsse aus dem Heizerstromkreis auf das Meßobjekt schränken die Meßempfindlichkeit ein.

Ztai der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, die Vorrichtung so zu verbessern, daß es für ein mit geringem Aufwand realisierbares Temperaturregelsystem geeignet ist und daß Messungen mit höheren Empfindlichkeiten möglich sind.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung zum Heizen und Kühlen so zu gestalten, daß sowohl die thermischen Eigenschaften für die Temperaturregelung verbessert als auch die Störeinflüsse aus dem Heizerstromkreis auf das Meßobjekt

verringert werden. . .

Erfindungsgemäß ist die Aufgabe, eine Vorrichtung zum Heizen und Kühlen von scheibenförmigen Objekten mit einer metallischen Scheibenauflage innerhalb einer Meßkammer zu schaffen, dadurch gelöst, daß unterhalb der Scheibenauflage ein Temperaturstrahler angeordnet ist, daß unmittelbar in der Scheibenauflage elektrisch und thermisch von der Meßkammer und einem Kühlmitteldurchlaufsystem isoliert ist.

Es ist zweckmäßig, daß die Scheibenauflage mit drei radialsymmetrisch angeordneten Keramikelementen elektrisch und ,thermisch isoliert an der Meßkammer befestigt ist, daß die Kühlkanäle der Scheibenauflage über elektrisch isolierende Schlaudhstücke an einem Kühlmittelzulauf angeschlossen sind und daß mit den Kühlkanälen verbundene Ablaufrohre für das Kühlmittel koaxial durch Isolierbuchsen in Auffanggefäße führen.

Es ist weiterhin zweckmäßig, daß die isolierenden Schlauchstücke durch koaxial angeordnete und über Steigrohre mit den Auffanggefäßen verbundene Spülrohre führen und daß zwischen den Ablauf röhren und den Isolierbuchsen jeweils ein ringförmiger Spalt vorhanden ist. Durch diese Anordnungen spült das aus den Auffanggefäßen aufsteigende verdampfte Kühlmittel sowohl die Schlauchstücke als auch die Isolierbuchsen trocken, so daß diese eisfrei bleiben.

Gegenüber den bekannten Lösungen sind bei der erfindungsgemäßen Lösung die elektrischen und zugleich thermischen Isolierelemente der Scheibenauflage außerhalb des die Regeleigenschaften beeinflussenden Wärmeübertragungsweges zwischen der Heiz- und Kühlquelle und der Scheibenauflage angeordnet. Dadurch vereinfacht sich der technische und ökonomische Aufwand, insbesondere für das elektronische Regelsystem mit nur einem Temperaturfühler. Durch die erfinderische Lösung sind Messungen mit hohen Empfindlichkeiten möglich, da die Heizung der Scheibenauflage durch

Wärmestrahlung erfolgt und damit Störeinwirkungen aus dem Stromkreis der elektrisch gespeisen Strahlungsquelle vsmachlässigbar gering sind.

Vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Lösung ist die Befestigung der Scheibenauflage mit den drei koaxial angeordneten Körarnikelementen, womit die Auswirkungen auf die mechanische Stabilität durch große Temperaturbelastungen minimiert

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Ausführungsbeispiel Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen Fig. 1: eine erfindungsgemäße Vorrichtung in der Vorderansicht (Schnitt) Fig. 2: eine erfindungsgemäße Scheibenauflage und ein Kühlmitteldurchlaufsystem in der Draufsicht. Die Vorrichtung besteht aus einer Scheibenauflage 1, einem elektrisch gespeisten Temperaturstrahler 2, einem Kühlmitteldurchlaufsystem 3 und einer Meßkammer 4. Die Scheibenauflage 1 ist mittels drei radial-symmetrisch angeordneten Keramikelementen 5; 6 und 7 elektrisch und thermisch

isoliert an der Meßkammer 4 befestigt. Unterhalb der Scheibenauflage 1 ist in einem Strahlerabschirmgehäuse 8 der

Temperaturstrahler 2 angeordnet. · , Zwei gleichartige, unmittelbar durch die Scheibenauflage 1 führende Kühlkanäle 9 und 10 sind mit dem Kühlmitteldurchlaufsystem 3 verbunden. Letzteres besteht eingangsseitig aus einem Kühlmittelzulauf 11, einem Verteilerstück 12, zwei elektrisch isolierenden Schlauchstücken 13 und 14 und zwei Zuführrohren 15 und 16 sowie

ausgangsseitig aus zwei Ablaufrohren 17 und 18 und zwei Auffanggefäßen 19 und 20.

Jedes Ablaufrohr 17 bzw. 18 führt koaxial durch eine Isolierbuchse 21 bzw. 22 in das Auffanggefäß 19 bzw. 20. Zwischen Ablaufrohr 17 bzw. 18 und Isolierbuchse 21 bzw. 22 besteht ein ringförmiger Spalt. Die Auffanggefäße 19 und 20 besitzen je

ein durch ein Steigrohr 23 bzw. 24 verbundenes Spülrohr 25 bzw. 26, das das Schlauchstück 13 bzw. 14 koaxial umschließt.

Die mit einem abnehmbaren Deckel 27 verschlossene Meßkammer 4 hat einen Spülanschluß 28 für Trockengas zur Bildung

einer trockenen Atmosphäre in der Meßkammer 4. In der Scheibenauflage 1 ist ein an eine geeignete elektronische

Temperaturregelung angeschlossener Temperaturfühler 29 angebracht. Zum Halten des Meßobjektes 30 besitzt die Scheibenauflage 1 einen Anschluß 31 für Vakuum. Die Meßkammer 4 hat um die

gesamte Scheibenauflage 1 eine ringförmige Aufstellfläche für eine geeignete Anzahl Tastsonden 32 zur Kontaktierung des

Meßobjektes 30.

Claims

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Erfindungsansprüche:

1. Vorrichtung zum Heizen und Kühlen von scheibenförmigen Objekten zur elektrischen Parametermessung mit einer metallischen Scheibenauflage innerhalb einer Meßkammer, gekennzeichnet dadurch, daß unterhalb der Scheibenauflage (1) ein Temperaturstrahier (2) angeordnet ist, daß unmittelbar in der Scheibenauflage (1) sich Kühlkanäle (9; 10) befinden und daß die Scheibenauflage (1) elektrisch und thermisch von der Meßkammer (4) und einem Kühlmitteldurchlaufsystem (3) isoliert ist.
2. Vorrichtung nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß die Scheibenauflage (1) mit drei radial-symmetrisch angeordneten Keramikelementen (5; 6; 7) elektrisch und thermisch isoliert an der Meßkammer (4) befestigt ist.
3. Vorrichtung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Kühlkanäle (9; 10) der Scheibenauflage (Düber elektrisch isolierende Schlauchstücke (13; 14) an einem Kühlmittelzulauf (11) angeschlossen sind.
4. Vorrichtung nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß mit den Kühlkanälen (9; 10) verbundene Ablaufrohre (17; 18) für das Kühlmittel koaxial durch Isolierbuchsen (21; 22) in Auffanggefäße (19; 20) führen.
5.. Vorrichtung nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Schlauchstücke (13; 14) durch koaxial angeordnete und über Steigrohre (23; 24) mit den Auffanggefäßen (19; 20) verbundene Spülrohre (25; 26) führen.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen