DD220509B1

DD220509B1 - Vorrichtung zum heizen und kuehlen von scheibenfoermigen objekten

Info

Publication number: DD220509B1
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: 1987-10-08
Also published as: DD220509A1

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. 77K bis ca. 650K mit elektrisch isolierter Objektauflage 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"; Review of scientific Instruments Vol.50 (8) August 1979, 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.

Ziel 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 Schlauchstücke 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 Ablaufrohren 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 vernachlässigbar gering sind.

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

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

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 Temperaturstrahler (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.

1. „Vorrichtung zum Heizen und Kühlen von scheibenförmigen Objekten zur elektrischen Parametermessung mit einer metallischen Scheibenauflage innerhalb einer Meßkammer, einem Temperaturstrahler und einem Kühlmitteldurchlaufsystem, gekennzeichnet dadurch, daß der Temperaturstrahler (2) innerhalb eines nach oben offenen Strahlerabschirmgehäuses (8) unterhalb der Scheibenauflage (1) angeordnet ist, daß unmittelbar in der Scheibenauflage (1) sich mit dem Kühlmitteldurchlaufsystem (3) verbundene Kühlkanäle {9; 10) befinden und daß die Scheibenauflage (1) elektrisch und thermisch von der Meßkammer (4) und dem Kühlmitteldurchlaufsystem (3) isoliert ist".

2. Vorrichtung nach Punkt 1, 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.

2. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Scheibenauflage (1) mit drei radialsymmetrisch 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 (1) über 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

Erfindungsansprüche:

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