DE10024709B4 - Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Substraten - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zum thermischen Behandeln von scheibenförmigen Halbleiterwafern (2), die folgendes aufweist: wenigstens eine Lampe (14) mit wenigstens zwei Filamenten (28, 29; 40, 41), die entlang einer Lampenlängsachse jeweils wenigstens einen sich in Längsrichtung erstreckenden ungewickelten Abschnitt und wenigstens einen sich in Lampenlängsrichtung erstreckenden Wicklungsabschnitt (31, 32; 44, 46) aufweisen, wobei die ungewickelten Abschnitte und die Wicklungsabschnitte der Filamente komplementär zueinander angeordnet sind und wobei der Wicklungsabschnitt eines Filaments in Längsrichtung benachbart zum Wicklungsabschnitt des jeweils anderen Filaments (28, 29; 40, 41) derart angeordnet ist, dass die Wicklungsabschnitte (31, 32; 44, 46) auf der Lampenlängsachse oder diese umgebend angeordnet sind; und eine Steuereinheit zum unterschiedlichen Ansteuern der Filamente wenigstens einer Lampe derart, dass eine vorgegebene Temperaturverteilung auf oder in den Halbleiterwafern erreicht wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Substraten, insbesondere scheibenförmigen Halbleiterwafern.
  • In der Halbleiterindustrie ist es bekannt, Wafer während ihres Herstellungsprozesses thermisch zu behandeln. Hierzu werden in der Regel sogenannte Schnellheizanlagen verwendet, wie sie beispielsweise in der auf dieselbe Anmelderin zurückgehenden DE 199 52 017 A1 beschrieben sind. Für das Prozeßergebnis der thermischen Behandlung ist es von großer Wichtigkeit, daß die Wafer gleichmäßig geheizt werden und sich eine homogene Temperaturverteilung auf der Waferoberfläche ergibt. Vor allem während der Aufheiz- und Abkühlphasen tritt bei scheibenförmigen Wafern das Problem starker inhomogener Temperaturverteilungen, insbesondere im Randbereich des Wafers, auf. So erwärmt sich der Rand des Wafers während der Heizphase im Vergleich zum Waferinneren viel stärker und schneller. Diese schnellere Aufheizung ergibt sich daraus, daß am Waferrand eine größere Außenfläche pro Wafervolumen gegeben ist, als im Waferinneren. Über diese zusätzliche Außenfläche absorbiert der Waferrand mehr von der Heizstrahlung als das Waferinnere. Andererseits kühlt der Wafer während der Abkühlphasen am Waferrand schneller ab als das Waferinnere, da über die größere Fläche pro Wafervolumen am Rand mehr Wärmestrahlung emittiert wird. Dieser Effekt, der als Photon-Box-Effekt bezeichnet wird, ist unter anderem eine Folge der Reflexion eines Teils der Heizstrahlung an den verspiegelten Kammerwänden und zählt zu den Hauptproblemen beim schnellen Heizen von Halbleitersubstraten.
  • Bei der oben genannten DE 199 52 017 A1 es bekannt, den Wafer mit einem Kompensationsring zu umgeben, um den Photon-Box-Effekt abzuschwächen. Insbesondere wird der Kompensationsring in Abhängigkeit des Prozeßverlaufs gekippt, um eine Schattenwirkung gegenüber den Lampen am Waferrand zu erzielen.
  • Neben diesem Lösungsansatz ist es auch bekannt, parallel zum Wafer lichttransformierende Platten, auch Hotliner genannt, vorzusehen, um den Wafer über sie indirekt zu heizen und somit den Photon-Box-Effekt abzuschwächen. Diese Lösungen können den Photon-Box-Effekt jedoch nur teilweise abschwächen, und sie führen zu einem komplizierten Aufbau der Schnellheizanlage.
  • In den bekannten Schnellheizanlagen werden in der Regel stabförmige Wolfram-Halogen-Heizlampen eingesetzt. Die Heizlampen weisen ein Wolframfilament auf, das in einer halogenhaltigen Atmosphäre gehalten wird. Beim Betrieb der Lampe wird Wolfram vom Filament abgedampft und reagiert mit Gasmolekülen zu Wolframhalogenid. Beim Betrieb der Lampe unterhalb etwa 250°C kann es zu einer Kondensation des Wolframs am Lampenkolben kommen, die jedoch vermieden werden kann, wenn das Lampenglas in einem Temperaturbereich zwischen 250°C und 1400°C gehalten wird. Die Kondensation sollte vermieden werden, da ein damit verbundener Schleier auf dem Glas den Heizvorgang beeinträchtigt. Kommt das Wolframhalogenid in die Nähe des Filaments, wird genügend Wärmeenergie aufgebracht, um die chemische Verbindung zu trennen und das Wolfram wieder auf dem Filament abzuscheiden. Anschließend kann das Halogengas den Prozeß wiederholen. Dieser Zyklus ist als Halogenprozeß bekannt.
  • Bei den herkömmlichen stabförmigen Wolfram-Halogen-Lampen verläuft das Filament im Zentrum des Lampenquerschnitts entlang der Lampenlängsachse. Im Mittelbereich ist das Filament spiralförmig gewickelt. In den Endbereichen schließen sich gerade Filamentabschnitte an den Wicklungsabschnitt an. Diese geraden Endabschnitte entwickeln während des Betriebs weniger Wärme als der Wicklungsabschnitt des Lampenfilaments. Infolgedessen setzt der Halogenprozeß in diesem Bereich nicht oder zumindest später ein, und es kommt zu einer Bildung eines dunklen Schleiers auf dem Lampenglas. Das dort vorhandene, überschüssige Halogengas greift das Filament an, was mit der Zeit die Lampe zerstört. Lampen mit einer durchgehenden Wicklung ohne gerade Endstücke verlängern zwar die Lebensdauer der Lampen, haben aber in Heizanlagen unter Umständen den Nachteil, daß die Optimierung schneller Aufheizprozesse mit Heizraten von 100°C und darüber unverhältnismäßig erschwert wird, da in den Randbereichen zu stark geheizt wird. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Gesamtfilamentlänge den Durchmesser des Substrats wesentlich übersteigt.
  • Aus der EP 0 374 927 A2 ist eine Halogenlampe zur Verwendung als Lichtquelle für einen Kopierer bekannt. Die Halogenlampe weist ein einzelnes Filament auf, das entlang einer Lampenlängsachse unterschiedlich stark gewikkelte Abschnitte aufweist, um Bereiche zu bilden, in denen Licht emittiert wird, und Bereiche, in denen kein Licht emittiert wird. Die Licht-emittierenden und die nicht Licht-emittierenden Teile wechseln sich dabei entlang der Lampenlängsachse ab. In den Licht-emittierenden Teilen ist das Filament enger gewickelt als in den nicht Licht-emittierenden Teilen. Ferner ist das Filament in den nicht Licht-emittierenden Teilen um eine Stange aus einem leitenden Material herumgewicketl.
  • Die DE 44 12 773 A1 zeigt eine Lampe mit einer Reihenschaltung von Glühlampen, bei der mehrere Glühlampen, insbesondere Soffittenlampen in einer Reihenschaltung in die Fassung einer Leuchtstofflampe eingesetzt werden. Bei der hierdurch entstehenden Lampe, die aus mehreren Einzellampen zusammengesetzt ist, ergibt sich durch die Reihenschaltung der Glühlampen im Wesentlichen eine Lampe mit einem einzelnen Filament.
  • Die WO 92/08 241 A1 beschreibt eine Lampe, die geeignet ist Licht mit unterschiedlichen Farben zu erzeugen. Die Lampe weist ein einzelnes Lampenfilament mit unterschiedlichen Wicklungsbereichen auf, die einzeln angesteuert werden können. Dabei ist wenigstens einer der Wicklungsbereiche von einem Filter umgeben, sodass dann, wenn dieser Wicklungsbereich angesteuert wird, Licht mit einem Farbeffekt erzeugt wird, da das Licht von dem Wicklungsabschnitt durch den Filter hindurchgeht. Wenn hingegen der andere Wicklungsabschnitt angesteuert wird, der nicht von einem Filter umgeben ist, wird normales Licht ohne Farbeffekt erzeugt.
  • Ferner sei auf die EP 0 222 553 A2 hingewiesen, die eine Lampenanordnung für ein Cerankochfeld beschreibt. Die dort beschriebenen Lampen weisen jeweils zwei Kolben aufweisen, in denen getrennte Filamente vorgesehen sind, die unterschiedlich angesteuert werden können, um unterschiedlich große Kochzonen für unterschiedlich große Töpfe vorzusehen.
  • Die EP 0 089 176 A2 zeigt ferner eine Glühlampenanordnung für eine Kopiervorrichtung. Die Glühlampenanordnung weist zwei parallel angeordnete Lampenfilamente auf, die jeweils einen gewickelten Mittelabschnitt besitzen, wobei die gewickelten Mittelabschnitte unterschiedliche Längen aufweisen. Die jeweiligen Längen der Mittelabschnitte sind auf unterschiedliche, zu kopierende Papierformate ausgelegt, und es wird jeweils nur eines der beiden Lampenfilamente angesteuert.
  • Aus der DE 199 05 524 A1 ist ferner eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen der Temperatur von Substraten während einer thermischen Behandlung bekannt. Bei der hier beschriebenen thermischen Behandlung werden die Substrate über Heizlampen erwärmt, die einzeln ansteuerbare Filamente besitzen können. Die Filamente einer Heizlampe können unterschiedliche Filamentstrukturen aufweisen, um eine Einstellung des Gesamtabstrahlungsprofils der Lampe zu ermöglichen.
  • Die DE 39 38 437 A1 beschreibt einen kurzwelligen Infrarotstrahler mit einem langgestreckten, einstückigen Zwillingsrohr mit Innensteg, der zwei in Längsrichtung verlaufende Teilräume, die jeweils einen Glühwendel aufnehmen, trennt.
  • Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Lampe zum thermischen Behandeln von Substraten, insbesondere scheibenförmigen Halbleiterwafern, vorzu sehen, die eine homogenere Aufheizung der zu behandelnden Substrate ermöglicht.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 oder ein Verfahren nach Anspruch 14 gelöst. Insbesondere wird eine Lampe vorgesehen, die wenigstens zwei Filamente aufweist, die entlang einer Lampenlängsachse jeweils wenigstens einen sich in Längsrichtung erstreckenden ungewickelten Abschnitt und und wenigstens einen Wicklungsabschnitt aufweisen, wobei die ungewickelten Abschnitte und die Wicklungsabschnitte der Filamente komplementär zueinander angeordnet sind und wobei der Wicklungsabschnitt eines Filaments in Längsrichtung benachbart zum Wicklungsabschnitt des jeweils anderen Filaments derart angeordnet ist, dass die Wicklungsabschnitte auf der Lampenlängsachse oder diese umgebend angeordnet sind. Durch das Vorsehen von zwei getrennten Filamenten mit jeweiligen Wicklungsabschnitten lassen sich unterschiedliche Strahlungsintensitäten innerhalb der Lampe erreichen, die zur Verringerung des Photon-Box-Effekts eingesetzt werden können. Die Abstrahlcharakteristik der Filamente kann an die im oder auf dem Wafer herrschenden Temperaturverhältnisse angepaßt werden. Mechanische Zusatzelemente, wie beispielsweise ein Kompensationsring oder ein Hotliner, zum Verringern des Photon-Box-Effekts können eingespart werden.
  • Vorzugsweise beträgt die Abweichung der Wicklung zur Lampenlängsachse weniger als 1 mm.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Filamente separat ansteuerbar, um die Heizleistung jedes Filaments, insbesondere jedes Wicklungsabschnitts, an die auf der Waferoberfläche herrschenden Temperaturverhältnisse anpassen zu können. Hierdurch kann auf einfache und kostengünstige Weise eine homogene Temperaturverteilung auf dem Wafer über einen einfachen Reglungskreis erreicht werden. Ferner lassen sich die Filamentwicklungen bis zum Kolbenende führen, wodurch Erosi onsvorgänge im Bereich gerader Endstücke unterbunden werden können, während man gleichzeitig schnelle Aufheizprozesse über die Regelung der Filamente leicht und schnell optimieren kann.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Filamente unterschiedliche elektrische Eigenschaften, insbesondere unterschiedliche Widerstände pro Längeneinheit auf, wodurch auf einfache Weise bei gleicher Ansteuerung unterschiedliche Heizraten der Filamente, insbesondere der Wicklungsabschnitte, erreicht werden können.
  • Um innerhalb eines jeden Filaments eine gleichmäßige Temperaturverteilung zu erreichen, weisen die Filamente vorzugsweise zumindest im Bereich der Wicklungsabschnitte einen konstanten elektrischen Widerstand pro Filamentlänge auf.
  • Um Bereiche zu vermeiden, in denen keine oder nur eine verringerte Heizstrahlung von der Lampe ausgeht, beträgt der Abstand zwischen benachbarten Wicklungsabschnitten 10 mm oder weniger.
  • Zum Erreichen unterschiedlicher Strahlungscharakteristika kann wenigstens ein Wicklungsabschnitt eines Filaments enger gewickelt sein als ein Wicklungsabschnitt eines anderen Filaments. Durch die Anzahl der Wicklungen pro Längeneinheit läßt sich wiederum auf einfache und kostengünstige Weise ein gewünschtes Strahlungsprofil einstellen.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich ein nicht gewickelter Abschnitt eines Filaments durch die Wicklung des anderen Filaments hindurch, um diesen nicht gewickelten Abschnitt auf einer hohen Temperatur zu halten und eine Erosion des Filaments zu verhindern.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Lampe einen die Filamente umgebenden Lampenkörper auf, der voneinander getrennte Kammern aufweist. Vorzugsweise sind die jeweiligen Wicklungsabschnitte der un terschiedlichen Filamente in getrennten Kammern aufgenommen. Hierdurch ergibt sich eine an die Wicklungsabschnitte angepaßte Trennung der Lampenkörper.
  • Vorzugsweise sind in wenigstens zwei der Kammern unterschiedliche Gase und/oder unterschiedliche Gasdrücke vorgesehen, um eine optimale Anpassung des Halogen-Prozesses an die Filamentstruktur vorzusehen.
  • Werden die Wicklungsabschnitte mit unterschiedlichen Temperaturen betrieben, so kommt es im Bereich der Abschnitte zu unterschiedlichen Konzentrationen an Wolframhalogeniden. Diese Konzentrationsunterschiede können zu einer Beeinträchtigung des Halogenprozesses in der Lampe, insbesondere zu einem beschlagenen Lampenkörper oder erodierten Filamenten führen. Durch die getrennten Kammern innerhalb des Lampenkörpers wird für jeden Wicklungsabschnitt ein ungestörter Halogenprozeß sichergestellt. Insbesondere, wenn Filamente mit unterschiedlichen Widerständen pro Längeneinheit vorgesehen sind, kann über die Gasatmosphäre eine optimale Anpassung an das Filament vorgenommen werden, um den Halogenprozeß zu unterstützen.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist ein Filament zwei Wicklungsabschnitte auf, zwischen denen ein Wicklungsabschnitt des anderen Filaments aufgenommen ist. Hierdurch wird ein Mittelbereich und zwei den Mittelbereich umgebende Randbereiche gebildet. Die Mittel- und Randbereiche sehen unterschiedliche Strahlungscharakteristika vor, während die Randbereiche im wesentlichen die selben Strahlungscharakteristika vorsehen.
  • Bei einem Verfahren zum thermischen Behandeln von Substraten, insbesondere scheibenförmigen Halbleiterwafern, in einer Schnellheizanlage eine Lampe des obigen Typs eingesetzt und die Filamente werden für eine vorgegebene Temperaturverteilung auf oder in dem Substrat unterschiedlich angesteuert. Durch die getrennte Ansteuerung der Filamente mit jeweiligen Wicklungsabschnitten lassen sich unterschiedliche Strahlungsintensitäten inner halb der Lampe erreichen die zur Verringerung des Photon-Box-Effekts eingesetzt werden können. Desweiteren ergeben sich die schon unter Bezug auf die Vorrichtung genannten Vorteile.
  • Vorzugsweise werden benachbart zu kälteren Bereichen der Substrate liegende Wicklungsabschnitte mit höherer Leistung angesteuert, um die kälteren Bereiche stärker zu erwärmen und somit eine gleichmäßigere Temperaturverteilung über den Wafer hinweg zu erreichen.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert; in den Zeichnungen zeigt:
  • 1 schematisch den Aufbau einer Schnellzheizanlage, in der die erfindungsgemäßen Lampen verwendet werden;
  • 2 eine schematische Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Lampe;
  • 3 eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Lampe;
  • 4 eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform einer Lampe gemäß der Erfindung.
  • 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Schnellheizanlage 1 für Halbleiterwafer 2. Die Schnellheizanlage weist ein nur schematisch angedeutetes Gehäuse 4 mit einem Innenraum 6 auf. Die nach innen weisenden Wände des Gehäuses 4 können beschichtet sein, um eine verspiegelte Kammer zu bilden. Mittig im Innenraum 6 ist eine aus transparentem Quarzglas bestehende Prozeßkammer 8 vorgesehen. Innerhalb der Prozeßkammer 8 ist der zu behandelnde Wafer 2 auf entsprechenden Tragelementen 9 abgelegt. Das Gehäuse 4 sowie die Prozeßkammer 8 weisen jeweils nicht dargestellte, verschließbare Öffnungen zum Einführen und Herausnehmen der Wafer 2 auf. Ferner sind nicht dargestellte Gasleitungen vorgesehen, um Prozeßgase in die Prozeßkammer 8 ein- und auszuleiten.
  • Oberhalb und unterhalb der Prozeßkammer 8 sind Lampenbänke 11, 12 vorgesehen, die jeweils durch eine Vielzahl von stabförmigen Wolfram-Halogenlampen 14 gebildet werden. Obwohl dies in 1 nicht dargestellt ist, können auch seitlich zur Prozeßkammer 8 Lampenbänke bzw. einzelne Wolfram-Halogenlampen 14 vorgesehen werden. Natürlich können statt der Wolfram-Halogenlampen auch andere Lampen verwendet werden.
  • Der in der Prozeßkammer 8 befindliche Wafer wird über die von den Lampenbänken 11, 12 emittierte elektromagnetische Strahlung geheizt. Zur Messung der Wafertemperatur ist ein Pyrometer 16 vorgesehen.
  • Unter Bezugnahme auf die 2 wird nunmehr der erfindungsgemäße Aufbau einer Wolfram-Halogenlampe 14 beschrieben. Die Lampe 14 weist einen langgestreckten Lampenkolben 20 auf, der beispielsweise aus Quarzglas besteht. Der Lampenkolben 20 ist an seinen entgegengesetzten Enden 22, 23 verschlossen und jeweils mit einem Lampensockel 24, 25 verbunden. Der Kolben 20 bildet somit eine geschlossene Kammer 26, die mit einem halogenhaltigen Gas gefüllt ist. Innerhalb der Kammer 26 erstrecken sich zwei getrennte Wolframfilamente 28, 29, die jeweils an den entgegengesetzten Enden des Kolbens 20 mit den Lampensockeln 24, 25 verbunden sind. Dabei sind die Enden der Filamente voneinander isoliert und mit unterschiedlichen An schlußkontakten verbunden, um eine getrennte Ansteuerung über eine nicht dargestellte Steuereinrichtung zu ermöglichen. Die Steuereinrichtung paßt die Ansteuerung für die Filamente an die auf dem Wafer herrschenden Temperaturverhältnisse an, um eine homogene Temperaturverteilung an der Substratoberfläche zu erreichen.
  • Das Filament 28 weist einen Wicklungsabschnitt 31 auf, um eine Heizspirale zu bilden. In gleicher Weise weist das Filament 29 einen Wicklungsabschnitt 32 auf, um eine Heizspirale zu bilden. Der Wicklungsabschnitt 31 erstreckt sich über einen Bereich A der Lampe, während sich der Wicklungsabschnitt 32 des Filaments 29 über einen Bereich B der Lampe 14 erstreckt. Die Wicklungsabschnitte 31, 32 sind in Längsrichtung der Lampe 14 benachbart und liegen auf einer Längsmittelachse des Kolbens 20 bzw. umgeben sie diesen. Die nicht gewickelten Abschnitte der Filamente 28 bzw. 29 sind derart gebogen, daß sie an den jeweiligen Wicklungsabschnitten 31 bzw. 32 der anderen Lampe in unmittelbarer Nähe vorbeigeführt sind. Durch die Nähe zu den Wicklungsabschnitten des anderen Filaments werden die geraden Filamentabschnitte auf eine erhöhte Temperatur gebracht, was eine Beeinträchtigung des Halogenprozesses verhindert und die Filamente vor Erosion schützt. Der Abstand zwischen den geraden Filamentabschnitten und den Wicklungsabschnitten des anderen Filaments wird derart gewählt, daß eine ausreichende Erwärmung der geraden Abschnitte erfolgt. Bei Stablampen mit einer Gesamtfilamentlänge von 250 mm bis 400 mm und einem Lampendurchmesser von ungefähr 10 mm liegt der Abstand des geraden Filamentabschnitts zum Wicklungsabschnitt des anderen Filaments vorzugsweise im Bereich zwischen 1 und 3 mm. Der gerade Filamentabschnitt kann jedoch auch in der Glaskolbenwand eingeschlossen sein und somit gegenüber dem Halogengas isoliert sein oder sich durch den Wicklungsabschnitt des anderen Filaments hindurch erstrecken. Zwischen den Wicklungsabschnitten 31, 32 wird ein Spalt mit einer Breite d gebildet. Die Breite d beträgt weniger als 10 mm. Vorzugsweise liegt die Spaltbreite unter 4 mm, und besonders bevorzugt werden Spaltbreiten von weniger als 2 mm. Aufgrund der Wärmedehnung der Filamente wird eine Mindestspaltbreite von 0,3 mm bis 1 mm bevorzugt.
  • Beide Filamente 28, 29 weisen im Kalt- und/oder Warmzustand (bei Raumtemperatur bzw. im geheizten Zustand) über die gesamte Länge einen konstanten elektrischen Widerstand pro Filamentabschnitt auf. Hierdurch wird erreicht, daß beide Filamente bei gleicher Ansteuerung mit gleicher Intensität strahlen.
  • Alternativ könnten die beiden Filamente im Kalt- oder Warmzustand einen unterschiedlichen Widerstand aufweisen, so daß sie bei gleicher Ansteuerung mit unterschiedlichen Intensitäten strahlen.
  • 3 zeigt eine alternative Ausführungsform der Lampe 14. Bei dieser Ausführungsform werden dieselben Bezugszeichen verwendet, sofern identische oder ähnliche Elemente betroffen sind. Die Lampe 14 weist einen langgestreckten Lampenkolben 20 auf, der an seinen Endteilen geschlossen und mit Lampensockeln 24, 25 verbunden ist. Der Lampenkolben 20 bildet eine geschlossene Kammer 26, die mit einem halogenhaltigen Gas gefüllt ist. Innerhalb der Kammer 20 sind zwei Lampenfilamente 40, 41 vorgesehen. Das Lampenfilament 40 weist einen Wicklungabschnitt 44 auf, der in Längsrichtung des Lampenkolbens 20 mittig angeordnet ist. Das Lampenfilament 41 weist zwei voneinander getrennte Wicklungsabschnitte 46 auf, die den Wicklungsabschnitt 44 dazwischen aufnehmen. Die Wicklungsabschnitte 44, 46 sind auf der Lampenlängsachse angeordnet oder umgeben diese.
  • Wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 sind die Filamente 40, 41 über eine nicht dargestellte Steuereinrichtung getrennt voneinander ansteuerbar. Hierdurch wird erreicht, daß ein Mittelbereich der Lampe im Bereich des Wicklungsabschnitts 44 mit einer unterschiedlichen Intensität strahlen kann, wie die Randbereiche der Lampe 14 im Bereich der Wicklungsabschnitte 46. Die unterschiedliche Heizleistung in den Randbereichen der Lampe 14 ermöglicht eine Verringerung des Photon-Box-Effektes. Während einer Aufheizphase erwärmt sich der Waferrand eines zu behandelnden Wafers in der Regel schneller als das Waferinnere. Deshalb wird die Lampe 14 während Auf heizphasen derart angesteuert, daß die Wicklungsbereiche 46 mit einer geringeren Intensität strahlen als der Wicklungsbereich 44, um eine gleichmäßige Erwärmung über den Wafer hinweg vorzusehen. In umgekehrter Weise werden beim Abkühlen des Wafers die Filamente so angesteuert, daß der mittlere Wicklungsabschnitt 44 mit einer geringeren Intensität strahlt als die äußeren Wicklungsabschnitte 46. Hierdurch wird dem üblicherweise schnelleren Abkühlen der Waferrandbereiche im Verhältnis zum Wafermittenbereich entgegengewirkt. Eine Verbesserung der Temperaturverteilung an der Waferoberfläche bzw. über den Wafer im Hinblick auf Homogenität ist damit auf einfache Weise erzielbar.
  • Statt eine separate Ansteuerbarkeit der Filamente über eine Steuervorrichtung vorzusehen, ist es auch möglich, Filamente mit unterschiedlichen Widerständen vorzusehen. Beispielsweise weist das Filament 40 einen größeren Widerstand auf als das Filament 41, so daß bei gleicher Ansteuerung der Wicklungsbereich 44 stärker strahlt als die Wicklungsbereiche 46. Auch dies kann zu einer Verringerung des Photon-Box-Effektes während der Aufheizphase eines Wafers dienen. Während der Abkühlphase können die Lampen komplett abgeschaltet werden.
  • Ein ähnlicher Effekt läßt sich auch dadurch erreichen, daß der Wicklungsbereich 44 enger gewickelt ist als die Wicklungsbereiche 46 und somit bei gleicher Ansteuerung mit einer höheren Intensität strahlt.
  • 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer Lampe 14 gemäß der vorliegenden Erfindung. In 4 werden, sofern dieselben bzw. ähnliche Elemente wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen betroffen sind, dieselben Bezugszeichen verwendet.
  • Die Lampe 14 weist einen Lampenkolben 50 auf, der drei in sich geschlossene Kammern 52, 53, 54 bildet. Die freien Enden der äußeren Kammern 52, 54 sind jeweils mit einem Lampensockel 24 bzw. 25 verbunden. Die Kammern 52, 53, 54 werden durch eine in das Lampenglas eingeschmolzene Trenn wand, die beispielsweise aus Metall, Glas oder Keramik besteht, gebildet Alternativ kann eine Trennung der Kammern auch durch eine Verjüngung des Lampenkolbens an den betreffenden Stellen erfolgen.
  • Innerhalb des Lampenkolbens 50 sind wiederum zwei Filamente 40, 41 vorgesehen, die sich zwischen den Lampensockeln 24, 25 erstrecken. Das Filament 40 weist einen Wicklungsabschnitt 44 auf, der im wesentlichen mittig zwischen den Lampensockeln 24, 25 liegt. Das Filament 41 weist zwei Wicklungsabschnitte 46 auf, die auf entgegengesetzten Seiten des mittleren Wicklungsabschnitts 44 liegen. Dabei sind die beiden Wicklungsabschnitte 46 in den beiden äußeren Kammern 52 bzw. 54 des Lampenkörpers 50 angeordnet, und der mittlere Wicklungabschnitt 44 ist in der mittleren Kammer 53 des Lampenkolbens 50 angeordnet. Die Filamente erstrecken sich in abgedichteter Weise durch die zwischen den Kammern gebildeten Trennwände.
  • Die jeweiligen Kammern 52, 53, 54 sind mit einem an den jeweiligen Wicklungsabschnitt angepaßten Gas oder Gasgemisch gefüllt. Hierdurch ist eine optimale Anpassung der Gasatmosphäre an die jeweiligen Abschnitte möglich, was einen ungestörten Halogenprozeß sicherstellt. Darüber hinaus kann über die Gasatmosphäre eine Steuerung der Strahlungsintensität der jeweiligen Filamentabschnitte erfolgen.
  • Die Filamente 41 und 40 sind bezüglich einer Mittelebene der Lampe senkrecht zur Lampenlängsachse, wie sie beispielsweise in 3 angedeutet ist, symmetrisch. Die Abmessungen der Lampen 14 entsprechen den Abmessungen herkömmlicher Lampen für die thermische Behandlung von Wafern. Auch die Lampensockel entsprechen in ihrer Größe und Form herkömmlichen Lampensockeln, so daß die Lampen gemäß der vorliegenden Erfindung ohne größeren Aufwand in bekannten Anlagen eingesetzt werden können. Nur für den Fall, daß eine Einzelansteuerung der Filamente gewünscht wird, muß die Aufnahmebuchse für die Lampen in den Anlagen entsprechend angepaßt werden, um eine getrennte Kontaktierung der Filamente vorzusehen. Ferner muß eine entsprechende Steuervorrichtung zum separaten Ansteuern der Filamente vorgesehen werden.
  • Bei einer getrennten Ansteuerung der Filamente lassen sich die Strahlungscharakteristika der Lampe über ihre Länge hinweg während des Prozesses entsprechend dem Prozeßverlauf anpassen. Es ist möglich, die Strahlungscharakteristika sowohl zeitlich als auch räumlich zu modulieren.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht auf die konkret dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt insbesondere können die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung miteinander kombiniert werden. Beispielsweise ist es nicht notwendig, daß die Lampen in einer Schnellheizanlage für Halbleiterwafer eingesetzt werden. Darüber hinaus können auch mehr als zwei Filamente sowie eine größere Anzahl von Wicklungsabschnitten pro Filament vorgesehen werden, um einen bessere Unterteilung der unterschiedlich ansteuerbaren Zonen zu erreichen.

Claims (16)

  1. Vorrichtung zum thermischen Behandeln von scheibenförmigen Halbleiterwafern (2), die folgendes aufweist: wenigstens eine Lampe (14) mit wenigstens zwei Filamenten (28, 29; 40, 41), die entlang einer Lampenlängsachse jeweils wenigstens einen sich in Längsrichtung erstreckenden ungewickelten Abschnitt und wenigstens einen sich in Lampenlängsrichtung erstreckenden Wicklungsabschnitt (31, 32; 44, 46) aufweisen, wobei die ungewickelten Abschnitte und die Wicklungsabschnitte der Filamente komplementär zueinander angeordnet sind und wobei der Wicklungsabschnitt eines Filaments in Längsrichtung benachbart zum Wicklungsabschnitt des jeweils anderen Filaments (28, 29; 40, 41) derart angeordnet ist, dass die Wicklungsabschnitte (31, 32; 44, 46) auf der Lampenlängsachse oder diese umgebend angeordnet sind; und eine Steuereinheit zum unterschiedlichen Ansteuern der Filamente wenigstens einer Lampe derart, dass eine vorgegebene Temperaturverteilung auf oder in den Halbleiterwafern erreicht wird.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abweichung der Wicklungen zur Lampenlängsachse ≤ 1 mm ist.
  3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Filamente (28, 29; 40, 41) separat ansteuerbar sind.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Filamente (28, 29; 40, 41) unterschiedliche elektrische Eigenschaften, insbesondere unterschiedliche Widerstände pro Längeneinheit aufweisen.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Filamente (28, 29; 40, 41) im Bereich der Wick lungsabschnitte einen konstanten elektrischen Widerstand pro Filamentlänge aufweisen.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen benachbarten Wicklungsabschnitten (31, 32; 44, 46) ≤ 10 mm ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Wicklungsabschnitt eines Filaments enger gewickelt ist als ein Wicklungsabschnitt eines anderen Filaments.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein nicht gewickelter Abschnitt eines Filaments durch den Wicklungsabschnitt des anderen Filaments hindurch erstreckt.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen die Filamente umgebenden Lampenkörper (50), der voneinander getrennte Kammern (52, 53, 54) aufweist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsabschnitte (44, 46) jeweils in getrennten Kammern (52, 53, 54) aufgenommen sind.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch unterschiedliche Gase in wenigstens zwei der Kammern (52, 53, 54).
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch unterschiedliche Gasdrücke in wenigstens zwei der Kammern (52, 53, 54).
  13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filament (41) zwei Wicklungsabschnitte (46) aufweist, zwischen denen ein Wicklungsabschnitt (44) des anderen Filaments (40) aufgenommen ist.
  14. Verfahren zum thermischen Behandeln von scheibenförmigen Halbleiterwafern, in einer Schnellheizanlage, die wenigstens eine Lampe mit wenigstens zwei Filamenten aufweist, die entlang einer Lampenlängsachse jeweils wenigstens einen sich in Längsrichtung erstreckenden ungewickelten Abschnitt und wenigstens einen sich in Längsrichtung erstreckenden Wicklungsabschnitt aufweisen, wobei die ungewickelten Abschnitte und die Wicklungsabschnitte der Filamente komplementär zueinander angeordnet sind und wobei der Wicklungsabschnitt eines Filaments in Längsrichtung benachbart zum Wicklungsabschnitt des jeweils anderen Filaments derart angeordnet ist, dass die Wicklungsabschnitte (31, 32; 44, 46) auf der Lampenlängsachse oder diese umgebend angeordnet sind, und wobei die Filamente wenigstens einer Lampe für eine vorgegebene Temperaturverteilung auf oder in dem Halbleiterwafer unterschiedlich angesteuert werden.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die benachbart zu kälteren Bereichen der Substrate liegenden Wicklungsabschnitte mit höherer Leistung angesteuert werden.
  16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Filamente so angesteuert werden, daß sich eine gleichmäßige Temperaturverteilung auf oder in dem Substrat ergibt.
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