DE10197002B3

DE10197002B3 - Verfahren und System zur Wärmebehandlung

Info

Publication number: DE10197002B3
Application number: DE10197002.1T
Authority: DE
Inventors: David Malcolm Camm; J. Kiefer Elliott
Original assignee: Mattson Technology Inc
Current assignee: Beijing E Town Semiconductor Co Ltd Cn; Mattson Technology Inc
Priority date: 2000-12-04
Filing date: 2001-12-04
Publication date: 2017-11-23
Anticipated expiration: 2021-12-05
Also published as: GB2387273A8; DE10197002T1; WO2002047123A1; AU2002221405A1; GB0312620D0; GB2387273B; GB2387273A

Abstract

Ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Werkstücks, wobei das Verfahren umfasst: a) Vorheizen des Werkstücks auf eine Zwischentemperatur; b) Erhitzen einer gesamten Oberfläche des Werkstücks auf eine Solltemperatur höher als die Zwischentemperatur innerhalb einer Zeitdauer, die kleiner ist, als eine Wärmeleitzeit (thermal conduction time) des Werkstücks, wobei das Erhitzen die Bestrahlung des Werkstücks mit von einer Blitzlampe erzeugten elektromagnetischen Strahlung beinhaltet; und c) verstärktes Kühlen des Werkstücks.

Description

ANWENDUNGSBEREICH DER ERFINDUNG
Die vorliegende Anwendung bezieht sich auf die Erwärmung von Objekten, genauer auf die Verfahren und Systeme zur Wärmebehandlung eines Werkstücks.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine Vielzahl von Anwendungen erfordert das Erhitzen oder Glühen eines Objekts oder Werkstücks. So wird zum Beispiel bei der Herstellung von Halbleiterchips wie Mikroprozessoren ein Halbleiter-Wafer wie z. B. ein Siliziumwafer einem Prozess der Ionenimplantierung unterzogen, der verunreinigende Atome oder Dotierstoffe in den Oberflächenbereich einer Geräteseite des Wafers einführt. Der Vorgang der Ionenimplantierung beschädigt die Kristallgitterstruktur der Waferoberfläche und hinterlässt in Abständen Dotieratome an Stellen, an denen sie elektrisch inaktiv sind. Um die Dotieratome zwecks elektrischer Aktivierung in Austauschpositionen in der Kristallgitterstruktur zu befördern, und zugleich, um den im Verlaufe der Ionenimplantierung auftretenden Schaden an der Kristallgitterstruktur zu beheben, ist ein Glühen des Oberflächenbereichs der Geräteseite des Wafers durch Hochtemperaturerhitzung erforderlich.
Das Erhitzen eines Halbleiterwafers lässt sich durch eine Anzahl unterschiedlicher Verfahren einschließlich der folgenden erreichen:

a Adiabatisch – wobei die Energie von einer Pulsenergiequelle (wie einem Laser, Ionenstrahl, Elektronenstrahl) für eine sehr kurze Dauer von beispielsweise z. B. 100 Nanosekunden geliefert wird. Die für einen kurzen Zeitraum einwirkende Energie hoher Intensität schmilzt die Oberfläche des Halbleiters bis auf eine Tiefe von ungefähr ein bis zwei Mikrometer ab.
b Thermalflux – wobei Energie für eine längere Zeitspanne von zwei bis fünf Mikrosekunden zugeführt wird. Die Thermalflux-Erhitzung verursacht einen erheblich großen Temperaturgradienten, der sich mehr als zwei Mikrometer unter die Oberfläche des Wafers erstreckt, jedoch nicht das bewirkt, was einer gleichförmigen Erhitzung über die gesamte Dicke des Wafers hin nahekäme.
c Isotherm – wobei Energie für einen weit längeren Zeitraum von beispielsweise 1 bis 100 Sekunden zugeführt wird, um auf diese Weise über die Gesamtdicke des Wafers hinweg an einer beliebigen Stelle eine im Wesentlichen gleichförmige Temperatur zu erzielen.

Die für das Glühen der Geräteseite eines Halbleiters erforderlichen hohen Temperaturen führen bei Einsatz der bestehenden Technologien zu unerwünschten Effekten. So tritt zum Beispiel die Diffusion der Dotieratome bis in größere Tiefen des Siliziumwafers tendenziell in größerem Maße bei hohen Temperaturen auf, wobei die Diffusion hauptsächlich in unmittelbarer Nähe der für die Aktivierung der Dotierungsstoffe erforderlichen Glühtemperatur erfolgt. Da die Leistungsanforderungen an Halbleiterwafer bei abnehmenden Gerätegrößen steigen, stellt sich die Notwendigkeit, zunehmend flachere und abrupt definierte Grenzschichten herzustellen, weshalb Diffusionstiefen, die in der Vergangenheit als vernachlässigbar galten oder die heutzutage noch annehmbar tolerierbar sind, in den nächsten paar Jahren bzw. danach nicht länger tolerierbar sein werden. Die derzeitigen Industrieplanungen wie der Internationale Technologiefahrplan Halbleiter (International Technology Roadmap for Semiconductors) Ausgabe 1999 (der Öffentlichkeit unter http://public.itrs.net/ zugänglich) verweisen darauf, dass Dotier- und Glühtechnologien bis zum Jahre 2005 Grenzschichten einer geringen Tiefe von nur 30 nm und von 20 nm bis 2008 hervorzubringen haben.
Die vorhandenen Technologien sind allgemein nicht in der Lage, solche geringen Tiefen bei Grenzschichten zu erreichen. Ein derzeit existierendes thermisches Schnellglühverfahren beinhaltet zum Beispiel die Illuminierung der Geräteseite des Wafers mit einer Anordnung von Wolframfadenlampen in einer reflektierenden Kammer zur hochgradigen Aufheizung.
Die Wafer tendieren jedoch dazu, aus einer Reihe von Gründen nach Abschaltung der Energiezuführung zu den Wolframfäden noch für eine beträchtliche Zeitspanne erhitzt zu bleiben. Typische Wolframlampen haben eine relativ lange Zeitkonstante von z. B. 0,3 Sekunden aufgrund der hohen thermisch wirksamen Massen der Fäden, die heiß bleiben und nach Unterbrechung der Energiezufuhr zu den Fäden weiterhin in den Wafer einstrahlen. Diese zeitlich langsame Reaktion der Heizfäden verursacht in einem solchen System eine dominante thermische Verzögerung. Zugleich stellt die von den Wänden der reflektierenden Prozesskammer zurückkehrende Strahlung eine weitere Quelle fortgesetzter Erhitzung auch nach Energieabschaltung dar. Ein Profil des Wafers, in dem Temperatur und Zeit gegeneinander aufgetragen sind, zeigt bei Einsatz des Wolframlampenverfahrens tendenziell einen runden Gipfel mit relativ langsamer Abkühlung nach Abschaltung der Energiezufuhr zu den Heizfäden. Dementsprechend tendiert der Wafer, wenn er mit einem solchen System auf eine für die Reparatur der Kristallgitterstruktur und die Aktivierung der Dotierstoffe ausreichend hohen Temperatur aufgeheizt wird, dazu, für einen zu langen Zeitraum zu heiß zu bleiben, was zur Diffusion der Dotierstoffe in bedeutend größere Tiefen des Wafers als den maximal tolerierbaren Diffusionstiefen führt, die für die Erzeugung von Grenzschichten mit einer Tiefe von 30 nm benötigt werden.
Obgleich die Diffusion der Dotierstoffe überwiegend im höchsten Temperaturbereich des Glühzyklus auftritt, stellt die Absenkung der Glühtemperatur keine befriedigende Lösung des Diffusionsproblems dar, da geringere Glühtemperaturen eine signifikant geringere Aktivierung der Dotierstoffe und damit einen höheren Schichtwiderstand des Wafers zur Folge haben, der derzeitig und/oder zukünftig tolerierbare Grenzwerte für fortgeschrittene Bearbeitungsvorrichtungen überschreiten würde.
Ein Glühverfahren, welches bei der Herstellung flacher Grenzschichten einen gewissen Erfolg erzielt hat, beinhaltet den Einsatz von Lasern zur Aufheizung und zum Glühen der Geräteseite des Wafers. Die von Lasern wie zum Beispiel Excimerlasern erzeugte kurzwellige monochromatische Strahlung tendiert dazu, in sehr geringen Tiefen auf der Geräteseite des Wafers absorbiert zu werden, und die kurze Dauer, ein Hochleistungslaserimpuls (zum Beispiel ein 10 Nanosekundenimpuls, der ungefähr 0,4 J/cm² auf die geräteseitige Oberfläche liefert), der bei diesem Verfahren benutzt wird, führt zur einer sehr schnellen Aufheizung eines kleinen, lokal begrenzten Bereichs der Oberfläche der Geräteseite bis zu Schmelzpunkttemperaturen oder schmelzpunktnahen Temperaturen, und zwar in einer signifikant kürzeren als derjenigen Zeit, die für eine signifikante Wärmeleitung im Wafer erforderlich sind. Dementsprechend bleibt die Masse des Wafersubstrats tendenziell kalt und fungiert damit als Wärmeabfluss für die erhitzte Oberflächenregion, was eine schnelle Abkühlung derselben zur Folge hat. Ein typisches Profil der Oberfläche mit gegeneinander aufgetragener Temperatur und Zeit für den lokal umgrenzten Bereich der geräteseitigen Oberfläche läuft bei Verwendung von Laserglühen auf eine Dreiecksform mit steiler Flankenneigung sowohl für die Heiz- als auch die Abkühlungsphasen hinaus, weshalb die Geräteseite nur eine sehr kurze Zeit hohen Temperaturen ausgesetzt ist. Von daher bleibt der Wafer nicht lang genug erhitzt, als dass eine Dotierstoffdiffusion auftreten könnte. Weil jedoch die Hauptmasse der Waferregionen sowie die geräteseitigen Bereiche außer dem lokal umgrenzten, vom Laser aufgeheizten Bereich, kalt bleiben, wenn die lokal begrenzte Oberfläche der Geräteseite auf Glühtemperatur erhitzt wird, werden im Wafer extreme Wärmegradienten erzeugt, die schließlich zu großen mechanischen Belastungen führen, die zu einem Vergleiten der Kristallebenen innerhalb des Wafers führen und damit das Kristallgitter beschädigen oder aufbrechen. In dieser Hinsicht kann auch eine sehr kleinräumige Bewegung das Kristallgitter vollständig zerstören. Thermalgradienten können zudem andere Schäden wie Verzerrungen oder Defekte bewirken.
Selbst bei nicht auftretendem Vergleiten kann eine über den Wafer hin ungleichmäßige Temperaturverteilung uneinheitliche Leistungsmerkmale bewirken, die sich in entweder einer inadäquaten Leistung des besonderen Wafers oder aber in unerwünschten Leistungsdifferenzen zwischen den einzelnen Wafern äußern. Ferner wird die von dem oder den Lasern auf die Geräteseite des Wafers gelieferte hohe Energiemenge von den darauf aufsitzenden Gerätestrukturen nicht einheitlich absorbiert, was zu schädlichen Aufheizungseffekten in Bereichen des Wafers führt, wo ein Glühen nicht erwünscht ist, und kann zugleich weitere große Temperaturgradienten erzeugen, die zusätzlichen Schaden an dem Siliziumgitter verursachen.
Es wurden auch Versuche mit anderen ultraschnellen adiabatischen Aufheizverfahren ähnlich dem Laserglühen unternommen. So wurden zum Beispiel Blitzlampen und Mikrowellenimpulsgeneratoren zur schnellen Erhitzung der Geräteseite des Wafers auf die Glühtemperatur benutzt, was zu einem Temperaturprofil ähnlich dem beim mit Laserglühen erzielten, mit ähnlichen Nachteilen führte. Zumindest ein Ansatz in den frühen 1990ern umfasste eine Niedrigtemperaturglühphase gefolgt von einer Laserglühphase. Die Niedrigtemperaturphase beinhaltete typischerweise das Erhitzen des Wafers auf eine mittlere Temperatur von z. B. 600°C in einem elektrischen Ofen für einen relativ langen Zeitraum von einer Stunde oder länger. Ein typisches Temperaturprofil der geräteseitigen Oberfläche verläuft bei diesem Verfahren über lange Zeit hin flach und zeigt dann infolge des Laserglühens einen raschen Anstieg, gefolgt von einem schnellen Abkühlen der Oberfläche. Obwohl dieses Verfahren vorgeblich die Leckageströme an den Grenzschichten im Vergleich zum Laserglühen allein reduziert, verursacht die lange Zeitdauer der Phase des Niedrigtemperaturglühens eine Diffusion der Dotierstoffe in größere Tiefen in der Geräteseite des Wafers. Eine derartige Diffusion, die nach den Standards der frühen 2000er vielleicht tolerierbar oder vielleicht sogar vernachlässigbar gewesen sein mag, würde jedoch die Bildung von Grenzschichten nicht erlauben, die genügend flach sind, um den derzeitigen Leistungsanforderungen sowie den Erfordernissen des Industriefahrplans zu genügen.
Ein jüngerer Ansatz beinhaltet den Einsatz einer reaktionsschnellen Argon-Plasma-Bogenlampe als Heizquelle zur Bestrahlung der Substratseite des Wafers zwecks rascher Erhitzung des gesamten Wafers auf Glühtemperaturen. Die Reaktionszeit der Bogenlampe ist kurz (typischerweise in der Größenordnung von 0.1 Millisekunden oder weniger) im Vergleich zu der des Wafers selbst, womit die dominante Thermalverzögerung auf Seiten des Wafers liegt im Unterschied zum obigen Verfahren der Wolframlampe, bei dem die dominante Wärmeverzögerung bei den Wolfram-Heizfäden liegt. Ein typisches Temperatur-Zeit-Profil des Wafers bei Einsatz dieses Verfahrens läuft auf Erhitzungs- und Abkühlungstemperaturen hinaus, die zwischen denjenigen der Wolframsysteme und der Laserglühsysteme liegen. Somit ist der Wafer für eine kürzere Zeit der hohen Glühtemperatur ausgesetzt und folglich kommt es zu einer geringeren Diffusion der Dotierstoffe als bei der Methode mit der Wolframlampe. Dementsprechend ist dieses Verfahren in der Lage, Grenzschichten mit geringerer Tiefe als die Wolframlampensysteme zu erzeugen. Da der gesamte Wafer erhitzt wird anstatt nur die geräteseitige Oberfläche, werden die extremen transversalen Wärmegradienten vermieden, die beim Laserglühen auftreten, womit zusätzlicher Schaden an der Kristallstruktur minimiert wird. Ferner ist auch, da die Substratseite anstelle der Geräteseite bestrahlt wird, die uneinheitliche Erhitzung der Geräteseite infolge der nicht gleichförmigen Absorption durch die Gerätestrukturen viel geringer als beim Laserglühen, was zu niedrigeren seitlichen Temperaturgradienten und einer geringeren Beschädigung der Geräte führt. Es gibt jedoch frühe Hinweise darauf, dass Umsetzungen dieses Verfahrens zu einer etwas tieferen Diffusion der Dotierstoffe als beim Laserglühen führen können.
Ein älterer Ansatz, der aus 1980ern datiert, beinhaltet das Erhitzen eines Halbleiterwafers durch die Kombination von isothermer Aufheizung und Wärmeflusserhitzung. Der gesamte Wafer wurde zunächst mittels isothermer Aufheizung mit Dauerstrichlampen auf eine Zwischentemperatur gebracht. Anschließend wurde die Vorderseite des Wafers mittels Wärmefluss unter Verwendung einer Anordnung von Hochleistungspulslampen erhitzt. Diese Erhitzungsverfahren wurden angewendet, während der Wafer und die Heizquellen in einer Lichtröhre oder einem Kaleidoskop mit reflektierenden Innenoberflächen integriert wurden, die die zum Wafer ausstrahlende Energie wiederholt reflektieren. Wenn der Wafer nach Deaktivierung der Lampen abzukühlen beginnen würde, würde demnach die von dem Wafer ausgehende Thermostrahlung auf den Wafer zurückgeworfen, wo sie re-absorbiert und dadurch den Wafer aufheizen würde, was dessen Abkühlung effektiv verlangsamte. Dies führte dazu, dass der Wafer längere Zeit hohe Temperaturen aufwies, was sich darin äußerte, dass die Diffusion der Dotierstoffe bis in Tiefen erhöht wurde, die nach modernem Standard nicht akzeptabel wären. Zudem erzeugten die wiederholten Reflektionen einer solchen Strahlung zurück auf den Wafer eine ungleichmäßige Erhitzung im Waferinneren, was zum Vergleiten und anderen mit uneinheitlicher oder exzessiver Erhitzung verbundenen Problemen führte. Ferner beanspruchte das Verfahren, sich für die Erhitzung des Wafers mit 2% Einförmigkeit zu eignen, was für moderne RTP-Systeme nicht mehr akzeptabel ist. Hinzukommt, dass dieses Verfahren typischerweise eine Verzögerung von einigen wenigen Sekunden zwischen dem Stadium der isothermischen Erhitzung und dem Anschlussstadium der Wärmeflusserhitzung mit sich brachte, während der der Wafer auf einer relativ hohen Temperatur von z. B. 1100°C verblieb. Diese Verzögerung auf der Zwischentemperatur kann eine signifikante Dotierstoffdiffusion verursachen und somit die Fähigkeit zur Herstellung flacher Grenzschichten nach Maßgabe moderner Leistungsanforderungen beeinträchtigen.
JP S59-211 221 A offenbart ein Wärmeverfahren für Ionen-implantierte Halbleiter, bei dem ein Tempern mit einer Infrarotlampe nach einem spezifizierten Heizzyklus durchgeführt wird.
US 5 561 735 A offenbart ein schnelles thermisches Verfahren (RTP), bei dem ein Werkstück schnell und gleichmäßig in einer Strahlungskammer aufgeheizt werden kann. Die Strahlungskammer weist mindestens eine strahlungsabsorbierende Wand auf.
US 5 960 158 A offenbart ein Verfahren zum Filtern von Licht in einer thermischen Prozesskammer. Zwei spektrale Filter definieren einen Kanal für eine Kühlflüssigkeit, wobei ein Filter thermische Energie von einer Lichtquelle absorbiert.
DE 694 25 632 T2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer kristallisierten Halbleiterschicht, bei dem ein schnelles thermisches Ausheilen mit einer Blitzlampe durchgeführt werden kann.
Demnach besteht ein Bedarf an verbesserten Verfahren und Systemen zur Wärmebehandlung eines solchen Werkstücks wie ein Halbleiterwafer. Zusätzlich zum Glühen eins Halbleiterwafers zwecks Ionenaktivierung und Gitterreparatur können auch andere Anwendungen von einer verbesserten Wärmebehandlungsmethode profitieren, die auf die obigen Probleme eingeht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen definierte Aufgabe gelöst; Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf die oben geschilderten Erfordernisse, indem sie in einem ihrer Aspekte ein Verfahren und System zur Wärmebehandlung eines Werkstücks bereitstellt. Dieses Verfahren beinhaltet das Vorheizen des Werkstücks auf eine Zwischentemperatur, das Aufheizen einer Oberfläche des Werkstücks auf eine Solltemperatur größer als die Zwischentemperatur sowie das verstärkte Kühlen des Werkstücks. Das Vorheizen des Werkstücks auf die Zwischentemperatur vor dem Erhitzen der Oberfläche auf die höhere Solltemperatur senkt die Größe der thermischen Gradienten, die in dem Werkstück auftreten, wenn die Oberfläche auf die Solltemperatur erhitzt wird. Von daher wird die thermische Spannung in dem Werkstück verringert. Sofern das Werkstück eine Kristallgitterstruktur besitzt wie zum Beispiel ein Halbleiterwafer, wird dementsprechend auch der Schaden an dem Gitter reduziert.
Zusätzlich führt das Erhitzen des Werkstücks auf die Solltemperatur im Gegensatz zur Erhitzung des gesamten Werkstücks auf die Solltemperatur zu einem viel schnelleren Abkühlen der Oberfläche, da die vergleichsweise kühlere Hauptmasse oder der Körper des Werkstücks als Hitzeabfluss zum Abkühlen der Oberfläche mittels Wärmeableitung dienen kann. Sofern es sich bei dem Werkstück zum Beispiel um einen Halbleiterwafer mit implantierten Dotierstoffen handelt, führt dieses schnellere Abkühlen zu einer flacheren Dotierstoffdiffusion, die der Bildung flacherer Grenzschichten entsprechend den modernen und zukünftigen industriellen Anforderungen entspricht. Das verstärkte Kühlen des Werkstücks reduziert weiterhin die Zeit, die das Werkstück hohen Temperaturen ausgesetzt ist. Bei Ausführungen, bei denen es sich bei dem Werkstück um einen Halbleiterwafer handelt, reduziert dieses schnellere Abkühlen wiederum die Diffusion der Dotierstoffe in das Werkstück und ermöglich die Bildung flacherer Grenzschichten.
Das verstärkte Kühlen umfasst vorzugsweise die Absorption der vom Werkstück abgestrahlten Wärme. Somit wird die vom Werkstück ausgehende Wärmestrahlung absorbiert anstatt dass sie zum Werkstück reflektiert wird und es effektiv wieder aufheizt. Die Absorption kann das Absorbieren der Strahlung auf einer Strahlung absorbierenden Oberfläche umfassen. Eine solche Oberfläche kann zum Beispiel die Wand einer Strahlung absorbierenden Kammer sein.
Alternativ oder ergänzend dazu kann die Absorption das Absorbieren der von dem Werkstück ausgehenden Wärmestrahlung in einem Selektivfiltersystem umfassen. Ist dies der Fall, dann kann das Vorheizen des Werkstücks die Übermittlung der von einer Strahlungsquelle erzeugten Strahlung durch eine Filtervorrichtung des Selektivfiltersystems zum Werkstück beinhalten. Die Übertragung kann die Übertragung der Strahlung auf eine zweite Oberfläche des Werkstücks beinhalten.
In ähnlicher Weise kann die Erhitzung der Werkstückoberfläche die Übermittlung der von einer Strahlungsquelle erzeugten Strahlung über eine Filtervorrichtung des Selektivfiltersystems auf die Werkstückoberfläche umfassen.
Das Verfahren kann weiterhin das Abkühlen des Selektivfiltersystems umfassen. Dies kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass eine Flüssigkeit über die Oberfläche eines Fensters des Selektivfiltersystems geleitet wird. Insbesondere kann dies das Leiten der Flüssigkeit in einem Raum umfassen, der zwischen dem ersten und zweiten der von einander in Abständen befindlichen Fenster des Selektivfiltersystems definiert ist.
Das Erhitzen der Oberfläche kann die schnelle Erhitzung der Oberfläche auf die Solltemperatur durch Aktivierung einer Quelle thermischen Flusses oder adiabatischer Energie umfassen. Das Verfahren kann ferner die Deaktivierung der Quelle thermischen Flusses oder adiabatischer Energie umfassen.
Das Vorheizen des Werkstücks auf die Zwischentemperatur kann das Vorheizen des Werkstücks auf eine Temperatur im Bereich von 600°C bis 1250°C umfassen. Das Erhitzen des Werkstücks auf die Solltemperatur kann die Erhitzung der Oberfläche auf eine Temperatur im Bereich von 1050°C bis 1430°C umfassen. Diese Temperaturen können besonders in Ausführungen von Vorteil sein, bei denen das Werkstück z. B. ein Siliziumhalbleiterwafer ist, da das obere Ende des gewünschten Temperaturbereichs grob dem Schmelzpunkt von Silizium entspricht. Diese Temperaturbereiche können für Wafer variieren, die aus anderen Materialien als Silizium hergestellt sind.
Das Vorheizen des Werkstücks umfasst vorzugsweise das Vorheizen des Werkstücks für eine Zeitspanne größer als eine Wärmeleitzeit des Werkstücks. Dies dient dazu, zu ermöglichen, dass die dem Werkstück im Vorheizstadium zugeführte Energie durch das Werkstück fließt, und damit die gesamte Hauptmasse des Werkstücks auf die Zwischentemperatur bringt.
Umgekehrt umfasst das Erhitzen vorzugsweise die Erhitzung der Oberfläche für eine Zeitspanne geringer als eine Wärmeleitzeit des Werkstücks. Somit kann die Oberfläche schnell auf die Solltemperatur erhitzt werden, während die Hauptmasse des Werkstücks im Wesentlichen die kühlere Zwischentemperatur beibehält. Dies ermöglicht es der Hauptmasse des Werkstücks als Wärmeabfluss für die erhitzte Oberfläche zu dienen, was nach Abschluss des Erhitzungsstadiums eine viel schnellere Abkühlung der Oberfläche bewirkt. Da eine Diffusion der Dotierstoffe im höchsten Temperaturbereich, d. h. zwischen der Zwischentemperatur und der gewünschten Temperatur, in signifikanterem, Maße auftritt, minimiert dieser Ansatz die Zeit, die die Oberfläche im diesem höchsten Temperaturbereich bleibt, und hält damit die Diffusion niedrig.
Die Erhitzung der Oberfläche kann auch beinhalten, die Erhitzung unmittelbar dann zu beginnen, wenn das Werkstück die Zwischentemperatur erreicht. Dies kann zum Beispiel den Beginn der Erhitzung der Oberfläche innerhalb eines Intervalls beinhalten, das auf das Erreichen der Zwischentemperatur durch das Werkstück folgt, wobei die Intervalldauer kleiner oder gleich der Wärmeleitzeit des Werkstücks ist. Dies vermeidet jegliche wesentliche Verzögerung bei der Zwischentemperatur, was in Ausführungen, bei denen es sich bei dem Werkstück um einen Halbleiterwafer handelt, jeden entsprechenden Anstieg der Dotiermitteldiffusion umgeht, der ansonsten aus einer solchen Verzögerung resultieren würde.
Das Vorheizen kann das Vorheizen des Werkstücks mit mindestens 100°C pro Sekunde, vorzugsweise aber mit mindestens 400°C pro Sekunde umfassen. Das Vorheizen kann die Bestrahlung des Werkstücks mit einer von einer Bogenlampe erzeugten elektromagnetischen Strahlung beinhalten. Falls gewünscht, kann mehr als eine solche Bogenlampe eingesetzt werden, zum Beispiel eine Anordnung von Bogenlampen. Das Erhitzen beinhaltet die Bestrahlung des Werkstücks mit einer von einer Blitzlampe erzeugten elektromagnetischen Strahlung. Sofern dies gewünscht wird, kann dies wiederum eine Vielzahl von derartigen Blitzlampen umfassen.
In Ausführungen, bei denen das Werkstück ein Halbleiterwafer ist, erfolgt das Erhitzen vorzugsweise mit mindestens 10.000°C pro Sekunde oder vorzugsweise mit mindestens 100.000°C pro Sekunde. Das Erhitzen wird durch Bestrahlung des Werkstücks mit einer von einer Bogenlampe oder einer Blitzlampe erzeugten Strahlung erreicht. Dies kann den Einsatz einer Anordnung von solchen Lampen umfassen. Alternativ dazu können andere Aufheizvorrichtungen wie ein Laser eingesetzt werden, wenn dies gewünscht wird.
Die Verbesserung der Werkstückkühlung beinhaltet vorzugsweise die Möglichkeit, das Werkstück mit mindestens ungefähr 100°C, vorzugsweise jedoch bei mindestens 150 bis 180°C abkühlen zu lassen.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein System zur Wärmebehandlung eines Werkstücks geboten. Das System beinhaltet eine Vorheizvorrichtung zum Vorheizen einer Werkstückoberfläche auf eine Solltemperatur größer als die Zwischentemperatur sowie ein System zum verstärkten Kühlen zwecks Verbesserung der Abkühlung eines Werkstücks auf eine Temperatur unterhalb der Zwischentemperatur.
Das System zum verstärkten Kühlen umfasst vorzugsweise ein Absorptionssystem zum Absorbieren der von dem Werkstück abgegebenen Wärmestrahlung.
Das Absorptionssystem kann eine strahlungsabsorbierende Oberfläche umfassen. Die strahlungsabsorbierende Oberfläche kann eine Wand einer strahlungsabsorbierenden Kammer umfassen. Das Absorptionssystem kann ein Selektivfiltersystem umfassen. Falls dies der Fall ist, kann das Selektivfiltersystem eine Filtervorrichtung umfassen, die zwischen der Vorheizvorrichtung und dem Werkstück zwischengeschaltet und so konfiguriert ist, dass es die von der Vorheizvorrichtung erzeugte Strahlung zum Werkstück weiterleitet. Dabei kann das Filtersystem so konfiguriert werden, dass es die Strahlung auf eine zweite Oberfläche des Werkstücks weiterleitet.
In ähnlicher Weise kann das Selektivfiltersystem eine Filtervorrichtung umfassen, die zwischen der Heizvorrichtung und dem Werkstück angebracht und so konfiguriert ist, dass sie die von der Heizvorrichtung erzeugte Strahlung an die Werkstückoberfläche weitergibt. Das System kann weiterhin ein Kühluntersystem zur Abkühlung des Selektivfiltersystem umfassen.
Das Selektivfiltersystem kann mindestens ein Fenster umfassen und das Kühluntersystem kann ein Flüssigkeitskühlsystem umfassen, das eine Flüssigkeit über eine Fläche des Fensters leitet.
Das Selektivfiltersystem kann ein erstes und ein zweites in einem gewissen Abstand angebrachtes Fenster umfassen und das Kühluntersystem kann ein Flüssigkeitskühlsystem umfassen, dass eine Flüssigkeit in einen zwischen den Fenstern definierten Raum leitet.
Die Heizvorrichtung kann eine Quelle für einen thermischen Fluss oder für adiabatische Energie zum schnellen Aufheizen der Oberfläche auf die Solltemperatur umfassen.
Mit der Vorheizvorrichtung lässt sich das Werkstück auf eine Temperatur im Bereich von 600°C und 1250°C vorheizen und in ähnlicher Weise kann die Oberfläche mit der Heizvorrichtung auf eine Temperatur im Bereich von 1050°C bis 1430°C erhitzt werden.
Die Vorheizvorrichtung lässt sich vorzugsweise für das Vorheizen des Werkstücks für einen Zeitraum größer als die Wärmeleitzeit des Werkstücks einsetzen.
Umgekehrt lässt sich mit der Heizvorrichtung vorzugsweise die Erhitzung der Werkstückoberfläche für einen Zeitraum kleiner als die Wärmeleitzeit des Werkstücks erzielen. Die Heizvorrichtung ist vorzugsweise einsetzbar, um die Erhitzung der Oberfläche unmittelbar dann zu beginnen, wenn das Werkstück die Zwischentemperatur erreicht.
Die Vorheizvorrichtung lässt sich für das Vorheizen des Werkstücks mit mindestens 100°C einsetzen.
Die Vorheizeinrichtung kann eine Bogenlampe umfassen, mittels derer das Werkstück elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt werden kann.
Das System zum verstärkten Kühlen ermöglicht vorzugsweise die Abkühlung des Werkstücks um mindestens ungefähr 100°C pro Sekunde.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein System zur Wärmebehandlung eines Werkstücks geboten. Das System umfasst Mittel zum Vorheizen des Werkstücks auf eine Zwischentemperatur, Mittel zur Erhitzung einer Oberfläche auf eine Solltemperatur größer als die Zwischentemperatur sowie Mittel zur verbesserten Abkühlung des Werkstücks. Die Mittel zur Verbesserung umfassen Mittel zur Absorption der von dem Werkstück ausgehenden Strahlung.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Selektivfiltersystem zum Einsatz bei der Wärmebehandlung eines Werkstücks geboten. Das System umfasst eine erste Filtervorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie Strahlung von einer Vorheizvorrichtung zum Vorheizen des Werkstücks auf eine Zwischentemperatur auf dasselbe überträgt, und konfiguriert ist, um die von dem Werkstück ausgehende Strahlung zu absorbieren. Das System umfasst ferner eine zweite Filtervorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie die Strahlung von einer Heizquelle auf die Oberfläche eines Werkstücks überträgt, um die Oberfläche auf eine Solltemperatur größer als die Zwischentemperatur zu erhitzen, und konfiguriert ist, um die von dem Werkstück ausgehende Strahlung zu absorbieren.
Das System kann ferner ein Kühluntersystem zur Abkühlung der ersten und zweiten Filtervorrichtung umfassen. Falls gewünscht kann mindestens eine der Filtervorrichtungen ein flüssigkeitsgekühltes Fenster umfassen. Das flüssigkeitsgekühlte Fenster kann ein wassergekühltes Quarzfenster umfassen.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Werkstücks geboten. Das Verfahren umfasst das Vorheizen des Werkstücks auf eine Zwischentemperatur und das Erhitzen einer Oberfläche des Werkstücks auf eine Solltemperatur größer als die Zwischentemperatur, wobei das Erhitzen im Wesentlichen unmittelbar dann beginnt, wenn das Werkstück die Zwischentemperatur erreicht. Der Beginn der Oberflächenerhitzung im Wesentlichen unmittelbar dann, wenn das Werkstück die Zwischentemperatur erreicht, vermeidet jegliche Verzögerung bei der Zwischentemperatur, die, bei Ausführung, wo das Werkstück ein Halbleiterwafer ist, die entsprechende Steigerung der Dotierstoffdiffusion umgeht, die ansonsten aus einer solchen Verzögerung resultieren würde.
Das Erhitzen der Oberfläche umfasst vorzugsweise den Beginn der Erhitzung innerhalb weniger als einer Sekunde, nachdem das Werkstück die Zwischentemperatur erreicht. Dies umfasst vorzugsweise den Beginn der Erhitzung innerhalb weniger als eine Viertelsekunde nach dem das Werkstück die Zwischentemperatur erreicht. Noch vorzüglicher umfasst dies den Beginn der Erhitzung innerhalb weniger als 1 × 10² Millisekunden, nachdem das Werkstück die Zwischentemperatur erreicht. Dies kann den Beginn der Erhitzung innerhalb weniger als 1 × 10 Millisekunden, nachdem das Werkstück die Zwischentemperatur erreicht, umfassen.
Das Vorheizen umfasst das Vorheizen des Werkstücks für einen Zeitraum größer als eine Wärmeleitzeit des Werkstücks. Umgekehrt umfasst das Erhitzen vorzugsweise das Erhitzen der Oberfläche für einen Zeitraum kürzer als eine Wärmeleitzeit des Werkstücks.
Das Erhitzen kann den Beginn der Erhitzung in Reaktion auf die Meldung umfassen, dass die Temperatur des Werkstücks mindestens gleich der Zwischentemperatur ist. Das Verfahren kann ferner die Erzeugung der Meldung umfassen. Das Vorheizen umfasst vorzugsweise die Bestrahlung des Werkstücks. Dies kann umfassen, das Werkstück elektromagnetischer Strahlung auszusetzen, die von einer Bogenlampe erzeugt wird. Alternativ oder ergänzend dazu kann dies umfassen, das Werkstück der elektromagnetischen Strahlung auszusetzen, die von mindestens einer Fadenlampe erzeugt wird.
Das Vorheizen umfasst vorzugsweise das Vorheizen des Werkstücks um mindestens 100°C pro Sekunde. Dies kann das Vorheizen des Werkstücks um mindestens 400°C pro Sekunde umfassen.
Das Erhitzen der Oberfläche eines Werkstücks umfasst vorzugsweise die Bestrahlung der Oberfläche. Dies kann umfassen, die Oberfläche einer von einer Blitzlampe erzeugten Strahlung auszusetzen. Alternativ dazu kann dies das Führen eines Laserstrahls über die Oberfläche umfassen.
Das Verfahren kann ferner die Absorption der Strahlung umfassen, die von dem Werkstück reflektiert und thermisch ausgesendet wird. Das Absorbieren kann die Absorption der Strahlung in einer strahlungsabsorbierenden Umgebung umfassen. Dies kann die Absorption der Strahlung in mindestens einer strahlungsabsorbierenden Oberfläche umfassen.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein System zur Wärmebehandlung eines Werkstücks geboten. Das System umfasst eine Vorheizvorrichtung, zum Vorheizen des Werkstücks auf eine Zwischentemperatur sowie eine Heizvorrichtung, die eine Oberfläche des Werkstücks auf eine Solltemperatur größer als die Zwischentemperatur erhitzen und die Erhitzung der Oberfläche im Wesentlichen unmittelbar dann beginnen kann, wenn das Werkstück die Zwischentemperatur erreicht.
Die Heizvorrichtung und die Vorheizvorrichtung können eingesetzt werden, um die unterschiedliche, oben und anderenorts in diesem Dokument beschriebenen Verfahren umzusetzen. Das System kann ferner eine Temperaturanzeige umfassen, die eine Meldung der Werkstücktemperatur erzeugen kann, in welchem Fall die Heizvorrichtung das Erhitzen in Reaktion auf die Meldung der Temperaturanzeige beginnen kann, dass die Temperatur des Werkstücks mindestens gleich der Zwischentemperatur ist.
Die Vorheizvorrichtung kann Mittel zur Bestrahlung des Werkstücks umfassen. Die Vorheizvorrichtung kann eine Strahlungsquelle umfassen, die das Werkstück bestrahlen kann. Die Strahlungsquelle kann eine Bogenlampe umfassen, oder die Strahlungsquelle kann mindestens eine Fadenlampe umfassen. Alternativ dazu kann die Vorheizvorrichtung einen heißen Körper umfassen, der sich zum Vorheizen des Werkstücks lokal umgrenzt einsetzen lässt.
Die Heizvorrichtung kann Mittel zur Bestrahlung der Oberfläche umfassen. Die Heizvorrichtung kann eine Strahlungsquelle umfassen, die die Oberfläche bestrahlen kann. Die Strahlungsquelle kann eine Blitzlampe umfassen. Alternativ dazu kann die Strahlungsquelle einen Laser umfassen.
Das System kann fernen eine strahlungsabsorbierende Umgebung umfassen, die die von dem Werkstück reflektierte und thermisch ausgehende Strahlung absorbieren kann. In ähnlicher Weise kann das System ferner mindestens eine strahlungsabsorbierende Oberfläche umfassen, die die von dem Werkstück reflektierte und thermisch ausgehende Strahlung absorbieren kann. Das System kann ferner ein Kühluntersystem umfassen, das mindestens eine strahlungsabsorbierende Oberfläche abkühlen kann.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein System zur Wärmebehandlung eines Werkstücks geboten. Das System umfasst eine Vorheizvorrichtung zum Vorheizen des Werkstücks auf eine Zwischentemperatur, sowie eine Heizvorrichtung, die eine Oberfläche des Werkstücks auf eine Solltemperatur größer als die Zwischentemperatur erhitzt und die Erhitzung der Oberfläche im Wesentlichen unmittelbar dann beginnen kann, wenn das Werkstück die Zwischentemperatur erreicht.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Gerät zur Halbleitererhitzung geboten. Das Gerät umfasst eine erste Heizquelle zum Erhitzen einer ersten Oberfläche eines Halbleiterwafers und eine zweite Heizquelle zum Erhitzen einer zweiten Oberfläche des Halbleiterwafers. Das Gerät umfasst ein erstes gekühltes Fenster, das zwischen der ersten Heizquelle und dem Halbleiterwafer angeordnet ist.
Das erste gekühlte Fenster kann eine erste optisch transparente Scheibe umfassen, die von einer Kühlflüssigkeit gekühlt wird. Das erste gekühlte Fenster kann ferner eine zweite optisch transparente Scheibe umfassen, die von der ersten optisch transparenten Scheibe getrennt ist, um einen Durchgang zu definieren, den entlang die Kühlflüssigkeit fließen kann.
Die Kühlflüssigkeit kann Wasser umfassen.
Die erste optisch transparente Scheibe kann ebenso wie die zweite optisch transparente Scheibe aus Quarz bestehen.
Das Gerät zur Halbleitererhitzung kann ferner ein zweites gekühltes Fenster umfassen, das zwischen der zweiten Heizquelle und dem Halbleiterwafer angeordnet ist.
Das erste gekühlte Fenster absorbiert vorzugsweise die von dem Halbleiterwafer ausgehende Wärmestrahlung. Dabei absorbiert das erste gekühlte Fenster vorzugsweise Strahlung, um den Halbleiterwafer kontrolliert um einen Betrag von 100°C pro Sekunden abzukühlen.
Das zweite gekühlte Fenster kann Strahlung absorbieren, um den Halbleiterwafer kontrolliert um einen Betrag von 100°C pro Sekunden abzukühlen.
Die erste Heizquelle kann eine Bogenlampe umfassen. Falls gewünscht kann dies eine Anordnung von Bogenlampen umfassen. In ähnlicher Weise kann die zweite Heizquelle eine Bogenlampe umfassen, die auf Wunsch eine Anordnung von Bogenlampen umfassen kann.
Oder die erste Heizquelle kann eine Wolframlampe oder eine Anordnung von Wolframlampen umfassen. Das Gerät zur Halbleitererhitzung kann ferner eine Kammer umfassen, die einen Halbleiterwafer aufnimmt, wobei die Kammer eine oder mehrere Wände mit einer strahlungsabsorbierenden Oberfläche besitzt.
Alternativ dazu kann das Gerät eine Kammer umfassen, die den Halbleiterwafer aufnimmt, wobei die Kammer eine oder mehrere Wände mit einer strahlungsreflektierenden Oberfläche besitzt. Sofern dies der Fall ist, können die Kammerwände um einen Winkel von 2 bis 6 Grad relativ zur Lotrechten nach innen geneigt sein. Auf Wunsch kann die verbesserte Kühlung der Hauptmasse des Werkstücks durch Absorbieren der von dem Werkstück reflektierten oder ausgehenden Wärmestrahlung erfolgen. In einer Beispielsausführung ist das Werkstück von einer Heizquelle durch ein gekühltes Fenster isoliert und die von dem Werkstück ausgehende Strahlung wird von dem gekühlten Fenster absorbiert. In einer anderen Ausführung wird das Werkstück in einer strahlungsabsorbierenden Kammer gehalten und die von dem Werkstück reflektierte oder ausgehende Wärmestrahlung wird von einer oder mehreren Wänden der Kammer absorbiert. Weitere Ausführungen kombinieren eines oder mehrere solcher gekühlten Fenster mit einer derartigen Absorptionskammer.
Falls ein gekühltes Fenster benutzt wird, kann das gekühlte Fenster eine erste optisch transparente Scheibe umfassen, die durch den Fluss einer Kühlflüssigkeit gekühlt wird. Das gekühlte Fenster kann ferner eine zweite optische transparente Scheibe in einem gewissen Abstand von der ersten optisch transparenten Scheibe umfassen, um so mindestens einen Kanal zwischen der ersten und der zweiten optisch transparenten Scheibe zu definieren, wobei die Kühlflüssigkeit durch diesen Kanal gepumpt wird. Die optisch transparenten Scheiben können aus einem Material gefertigt sein, das in Bezug auf die Strahlungsenergie allgemein transparent ist, die von den zur Erhitzung des Werkstücks benutzen Strahlungsquellen ausgeht. Ein solches transparentes Material zur Herstellung der optisch transparenten Scheibe ist Quarz, obwohl sich je nach den verwendeten Heizvorrichtungen ersatzweise auch Saphir, Glas oder andere Materialien verwenden lassen. Die Kühlflüssigkeit kann eine Flüssigkeit wie Wasser umfassen. In einer Ausführung absorbiert das gekühlte Fenster Strahlung mit Wellenlängen von ungefähr 1,4 μm und größer, wobei es sich bei diesen um diejenigen Strahlungswellenlängen handelt, bei denen die meiste Strahlung von einem Werkstück wie einem Siliziumhalbleiterwafer zu erwarten ist. Eine Vorrichtung zur Halbleitererhitzung nach einer Ausführung der Erfindung umfasst eine erste Heizquelle für das Erhitzen einer ersten Oberfläche des Halbleiterwafers und eine zweite Heizquelle für die Erhitzung einer zweiten Oberfläche des Halbleiterwafers, wobei ein erstes gekühltes Fenster zwischen der ersten Heizquelle und dem Halbleiterwafer und ein zweites gekühltes Fenster zwischen der zweiten Heizquelle und dem Halbleiterwafer angeordnet ist. Die gekühlten Fenster isolieren die Heizquellen von dem Halbleiterwafer, um Kontamination zu verhindern. Zusätzlich dienen die gekühlten Fenster zur kontrollierten Abkühlung des Wafers mittels Absorption der von dem Wafer ausgehenden oder reflektierten Wärmestrahlung. Die gekühlten Fenster absorbieren Strahlung vorzugsweise in einem Betrag, der groß genug ist, um eine Abkühlungsrate von 150 bis 180°C pro Sekunde zwecks kontrollierter Kühlung des Halbleiterwafers zu erzielen.
Das erste gekühlte Fenster umfasst vorzugsweise eine erste optische transparenten Scheibe, die von einer Kühlflüssigkeit gekühlt wird. Noch vorzüglicher umfasst das erste gekühlte Fenster weiterhin ein zweites optisch transparentes Fenster, das von dem ersten optisch transparenten Fenster getrennt ist, um so mindestens einen Durchgang oder Kanal zu definieren, durch den die Kühlflüssigkeit fließen kann. Die bevorzugte Kühlflüssigkeit ist eine Flüssigkeit wie Wasser. Das bevorzugte Material zur Herstellung optisch transparenter Scheiben ist Quarz.
In einigen Beispielsausführungen sind die ersten und zweiten Heizquellen Bogenlampen oder Anordnungen von Bogenlampen. Entweder eine der ersten oder der zweiten Heizquellen kann auch eine Wolframlampe oder eine Anordnung von Wolframlampen sein.
Eine Ausführung verfügt über eine oder mehrere Kammern zur Aufnahme des Halbleiterwafers während der Wärmebehandlung, wobei die Kammern Seitenwände mit strahlungsabsorbierenden Oberflächen besitzen. Die Vorrichtung zur Erhitzung des Halbleiters kann jedoch ferner eine Kammer zur Aufnahme des Halbleiterwafers umfassen, wobei die Kammer eine oder mehrere Seitenwände mit strahlungsabsorbierenden Oberflächen besitzt. Die strahlungsabsorbierenden Oberflächen unterstützen die kontrollierte Abkühlung des Halbleiterwafers.
Bei Ausführungen, bei denen das Werkstück zum Beispiel ein Halbleiterwafer ist, kann das Vorheizen des Werkstücks die Bestrahlung einer Substratseite des Wafers und das Erhitzen des Werkstücks kann die Bestrahlung einer Geräteseite des Wafers umfassen. Aufgrund der im Vergleich zur Geräteseite größere Einheitlichkeit der Abstrahlung über die Substratseite des Wafers hin führt die Bestrahlung der Substratseite zwecks Vorheizen des Wafers zu signifikant größerer Temperatureinheitlichkeit im Wafer und damit zu signifikant weniger Schäden durch Wärmespannung als andere Verfahren, die die gesamte Glühenergie auf die Geräteseite des Wafers senden. Im Gegensatz dazu könnte, wenn nur die Geräteseite zu ihrer Aufheizung von Zimmertemperatur auf zum Beispiel 1050°C bestrahlt würde, eine Abstrahlungsdifferenz von 10% zwischen den verschiedenen Geräten auf der Geräteseite in einer seitlichen Temperaturdifferenz von ungefähr 100°C resultieren, die weit über den derzeit tolerierbaren Grenzwerten für die Temperaturdifferenz liegt und deshalb Wärmespannungsschäden an den Geräten und dem Kristallgitter hervorrufen kann.
Weitere Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich für die Sachkundigen bei Durchsicht der nachfolgenden Beschreibung der spezifischen Ausführungen der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Abbildungen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Bei den Zeichnungen zur Illustration von Ausführung der Erfindung ist:
das Blockdiagramm eines Systems zur Wärmebehandlung eines Werkstücks entsprechend der ersten Ausführung der Erfindung;
eine schematische Seitenansicht eines Systems zur Wärmebehandlung eines Werkstücks nach einer zweiten Ausführung der Erfindung (Darstellung ohne Seitenwand);
eine Seitenquerschnittsansicht einer Heizvorrichtung und einer Filtervorrichtung des Wärmebehandlungssystems nach ;
ein Flussdiagramm einer Wärmebehandlungsroutine, ausgeführt von einem Prozesserschaltkreis des Systems in ;
eine bildliche Darstellung eines Temperatur-Zeit-Profils einer Oberfläche des Werkstücks nach während eines Wärmezyklus nach der zweiten Ausführung der Erfindung;
eine schematische Seitenansicht eines Systems zur Wärmebehandlung eines Werkstücks nach einer dritten Ausführung der Erfindung (Darstellung ohne Seitenwand);
eine schematische Seitenansicht eines Systems zur Wärmebehandlung eines Werkstücks nach einer vierten Ausführung der Erfindung (Darstellung ohne Seitenwand);
eine Seitenquerschnittsansicht einer Heizvorrichtung und einer Filtervorrichtung des Wärmebehandlungssystems nach ;
eine schematische Seitenansicht eines Systems zur Wärmebehandlung eines Werkstücks nach einer fünften Ausführung der Erfindung (Darstellung ohne Seitenwand);
eine Seitenquerschnittsansicht einer Heizvorrichtung und einer Filtervorrichtung des Wärmebehandlungssystems nach ;
eine schematische Seitenansicht eines Systems zur Wärmebehandlung eines Werkstücks nach einer sechsten Ausführung der Erfindung (Darstellung ohne Seitenwand);
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Zu : Ein System zur Wärmebehandlung eines Werkstücks nach der ersten Ausführung der Erfindung ist allgemein unter 20 wiedergegeben. Das System umfasst eine Vorheizvorrichtung 22, die zum Vorheizen des Werkstücks 24 auf eine Zwischentemperatur dient, und eine Heizvorrichtung 36, die zur Erhitzung einer Oberfläche 28 des Werkstücks auf eine Solltemperatur höher als die Zwischentemperatur dient. Das System umfasst ferner ein System zum verstärkten Kühlen 29 zur Verbesserung der Abkühlung des Werkstücks auf eine Temperatur unterhalb der Zwischentemperatur.
System
Zu : Ein System zur Wärmebehandlung eines Werkstücks nach einer zweiten Ausführung der Erfindung ist allgemein unter 30 wiedergegeben. Das System 30 umfasst eine Vorheizvorrichtung 32 zum Vorheizen des Werkstücks 34, das in dieser Ausführung ein Halbleiterwafer ist, auf eine Zwischentemperatur. Das System umfasst weiter eine Heizvorrichtung 36, die in dieser Ausführung zur Erhitzung einer Oberfläche 38 des Werkstücks 34 auf die Solltemperatur höher als die Zwischentemperatur dient.
In dieser Ausführung dient die Vorheizvorrichtung 32 zum Vorheizen des Werkstücks 34 von einer Anfangstemperatur auf die Zwischentemperatur und die Heizvorrichtung 36 dient der Erhitzung der Oberfläche 38 des Werkstücks 34 auf die Solltemperatur, die um einen Betrag höher als die Zwischentemperatur ist, der geringer oder gleich ungefähr der Differenz zwischen der Zwischentemperatur und den Anfangstemperaturen ist. In anderen Worten, ein signifikanter Teil der Erhitzung erfolgt während der Erhitzung von der Anfangstemperatur auf die Zwischentemperatur. In dieser Ausführung kann die Heizvorrichtung das Erhitzen innerhalb kürzerer Zeit nach dem ersten Zeitraum als der erste Zeitraum selbst beginnen. Genauer, in dieser Ausführung kann die Heizvorrichtung die Erhitzung der Oberfläche im Wesentlichen unmittelbar dann beginnen, wenn das Werkstück die Zwischentemperatur erreicht.
Zudem umfasst in dieser Ausführung die Vorheizvorrichtung 32 eine erste Strahlungsquelle 40, die der Bestrahlung einer ersten Seite 42 des Werkstücks 34 zwecks Vorheizen des Werkstücks auf die Zwischentemperatur dient. Die Heizvorrichtung 36 umfasst eine zweite Strahlungsquelle 44 zur Bestrahlung einer zweiten Seite 46 des Werkstücks 34, die in dieser Ausführung von gleicher Ausdehnung wie die Oberfläche 38 des Werkstücks 34 ist, zwecks Erhitzung der zweiten Seite 46 auf die Solltemperatur höher als die Zwischentemperatur.
Man beachte jedoch, dass in einer alternativen Ausführung die Heizvorrichtung 36 auch aktiviert werden kann, während die Vorheizvorrichtung 32 für das Vorheizen des Werkstücks aktiviert wird. Somit kann auf Wunsch das Vorheizen durch Einsatz sowohl der Heizvorrichtung 36 und der Vorheizvorrichtung 32 erreicht werden.
Da es sich bei Werkstück 34 in der vorliegenden Ausführung um einen Halbleiterwafer handelt, fungiert das Wärmebehandlungssystem 30 effektiv als Halbleiterheizvorrichtung.
Prozesskammer
Immer noch zu : In dieser Ausführung umfasst das System 30 ein System zum verstärkten Kühlen, das allgemein unter 47 wiedergegeben ist, zwecks verbesserter Abkühlung des Werkstücks auf eine Temperatur unterhalb der Zwischentemperatur. In dieser Ausführung umfasst das System zum verstärkten Kühlen 47 ein Absorptionssystem zur Absorption der vom Werkstück ausgehenden Wärmestrahlung. Insbesondere umfasst in dieser Ausführung das Absorptionssystem eine strahlungsabsorbierende Umgebung zur Absorption der von dem Werkstück 34 reflektierten und ausgehenden Wärmestrahlung. Noch genauer, wird in dieser Ausführung die strahlungsabsorbierende Umgebung von einer strahlungsabsorbierenden Kammer 48 dargestellt, die das Werkstück 34 umgibt. Die strahlungsabsorbierende Kammer 48 umfasst Wände, 50, 52, 54 und 56, von denen eine jede als strahlungsabsorbierende Oberfläche zur Absorption der vom Werkstück 34 reflektierten und ausgehenden Wärmestrahlung dient. Somit umfasst in dieser Ausführung das Absorptionssystem des Systems zum verstärkten Kühlen 47 eine strahlungsabsorbierende Oberfläche, die ihrerseits eine Wand einer strahlungsabsorbierenden Kammer umfasst.
Bei dieser Ausführung bestehen die Wände 50, 52, 54 und 60 aus schwarzem, rostfreiem Stahl. Alternativ dazu können auch andere geeignete strahlungsabsorbierende Materialien wie z. B. anodisiertes Aluminium verwendet werden. Als weitere Alternative können die Wände aus tatsächlich jedem wärmeleitenden Material bestehen und mit einer strahlungsabsorbierenden Substanz wie z. B. grafithaltiger Farbe beschichtet sein.
In dieser Ausführung umfasst das Absorptionssystem des Systems zum verstärkten Kühlen 47 ein Selektivfiltersystem, nach nachfolgend eingehender erörtert wird. Allgemein dient der strahlungsabsorbierende Effekt des Systems zum verstärkten Kühlen 47 oder genauer der strahlungsabsorbierenden Kammer 48 zur Erhöhung der Reaktionszeit des Systems 30, so dass das Werkstück nach Abschaltung der Vorheiz- und Heizvorrichtungen schneller abzukühlen beginnt, als dies der Fall sein würde, wenn die strahlungsabsorbierende Kammer durch eine Reflektionskammer ersetzt würde. Diese erhöhte Systemreaktionszeit führt zu einem schärfer definierten Temperaturprofil, bei dem Oberfläche 38 des Werkstücks 34 geringere Zeit bei den Höchsttemperaturen eines gegebenen thermischen Zyklus verbringt. Sofern es sich bei dem Werkstück 34 um einen Halbleiterwafer mit Ionenimplantation handelt, reduziert dieser während des thermischen Zyklus tendenziell die Diffusionstiefe der Dotierstoffe, was die Bildung flacherer Grenzschichten erlaubt. Zusätzlich vermindert der Einsatz der strahlungsabsorbierenden Kammer 48 mögliche Schäden an dem Kristallgitter eines solchen Werkstücks im Vergleich zu Systemen mit Reflektionskammern, die die Strahlung uneinheitlich auf das Werkstück reflektiert, welches dann eine solche Strahlung uneinheitlich absorbiert, was zu erhöhten thermischen Gradienten und thermischer Spannung im Werkstück führt. Das System zum verstärkten Kühlen 47 verbessert nicht nur die Einheitlichkeit bei der Erhitzung des Werkstücks durch Beseitigung aller solcher wiederholten Reflektionen in den Erhitzungsphasen, sondern verbessert in den Kühlphasen bei deaktivierten Heizquellen die Abkühlung des Werkstücks dadurch, dass es die Reflektion der von dem Werkstück ausgehenden Wärmestrahlung zurück auf das Werkstück verhindert, was zu einer erneuten Erhitzung des Werkstücks führen würde. Somit wird die Gesamtabkühlungsrate durch die Wirkung des Absorptionssystems des Systems zum verstärkten Kühlen 47 verbessert, wodurch weiterhin die Diffusion von Dotierstoffen in das Werkstück reduziert wird. In dieser Ausführung erlaubt das System zum verstärkten Kühlen 47 die Abkühlung des Werkstücks um einen Betrag von mindestens 100°C pro Sekunde oder noch spezieller um einen Betrag von mindestens 180°C pro Sekunde. Alternativ dazu kann jedoch auf Wunsch die strahlungsabsorbierende Kammer 48 durch eine Reflektionskammer ersetzt werden, was die Energieeffizienz des thermischen Zyklus um den Preis größerer Dotierstoffdiffusion und thermischer Spannung im Werkstück erhöhen würde.
In dieser Ausführung umfasst das System 30 weiterhin ein Kühlsubsystem 58, zur Kühlung der strahlungsabsorbierenden Oberflächen der Wände 50, 52, 54 und 56 der strahlungsabsorbierenden Kammer 48. Noch spezieller handelt es sich in dieser Ausführung bei dem Kühlsubsystem 58 und ein Wasserzirkulationssystem, obwohl alternativ dazu auch andere Systeme zum verstärkten Kühlen ersatzweise eingesetzt werden können. Alternativ dazu kann das Kühlsubsystem 58 entfallen, obwohl dies nicht wünschenswert wäre, wenn strahlungsabsorbierenden Oberflächen wie die Wände 50, 52, 54 und 60 eingesetzt werden, da die strahlungsabsorbierenden Oberflächen sich erhitzen und Wärmestrahlung abgeben würden, was das Werkstück 34 nach Abschaltung der Heizvorrichtungen 32 und 36 weiter erhitzen und damit die Reaktionszeit des Systems 30 verlängern würde. Aus einem ähnlichen Grund kann in dieser Ausführung, bei der das System zum verstärkten Kühlen 47 ein Selektivfiltersystem (das nachstehend genauer besprochen wird) wie ein oder mehrere wassergekühlte Fenster umfasst, das Kühlsubsystem auch zur Kühlung des Selektivfiltersystems verwendet werden. In ähnlicher Weise kann das Kühlsystem 58 für die Kühlung aller sonstigen Fenster des Systems 30 wie z. B. eines unten besprochenen Fensters 53 eingesetzt werden.
In dieser Ausführung umfasst das System 30 weiterhin eine Temperaturanzeige 60 zur Erzeugung einer Anzeige einer Werkstücktemperatur. Noch spezieller umfasst in dieser Ausführung die Temperaturanzeige 60 ein Messsystem wie in dem im Mitbesitz befindlichen US-Patent Nr. 6,303,411 , ausgestellt am 16. Oktober 2001, veröffentlicht, das mittels Verweis in das vorliegende Dokument mit aufgenommen ist. Somit umfasst die Temperaturanzeige 60 in dieser Ausführung eine ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD charge coupled device), die unter einem Quarzfenster 53 in der Wand 52 der strahlungsabsorbierenden Kammer 48 angebracht ist, und ferner ein CCD Optiksystem (hier nicht wiedergegeben) sowie einen Bandpassfilter (hier nicht wiedergegeben), der zwischen die CCD und das Fenster 53 gesetzt ist, sowie einen Strahlungssensor (hier nicht wiedergegeben), der auf einer tiefer gelegenen Fläche einer Innenwand 57 der strahlungsabsorbierenden Kammer 48 montiert ist. Alternativ dazu können andere Temperaturanzeigen, wie z. B. ein Pyrometer anstelle der Temperaturanzeige benutzt werden. Als weitere Alternative kann die Temperatur des Werkstücks 34 einfach auf Grundlage der dem Werkstück zugeführten Energie vorhergesagt werden, wobei eine direkte Messung der Werkstücktemperatur nicht erforderlich ist. Die Innenwand 57 in der strahlungsabsorbierenden Kammer 48 erstreckt sich zwischen den Wänden 50 und 56 der strahlungsabsorbierenden Kammer. Ein runder Schutzring 61 ist in eine scheibenförmige Öffnung 59 in der Innenwand 57 eingesetzt und reicht radial in die Öffnung 59 hinein. Der Schutzring 61 besteht aus demselben oder aus ähnlichem Material wie das Werkstück, das in dieser Ausführung ein Siliziumhalbleiterwafer ist. Der Schutzring wird zur Reduzierung der Kantenwirkungen während des thermischen Zyklus verwendet und dient als Positioniervorrichtung, um das Werkstück in einer gewünschten Position relativ zu den Vorheiz- und Heizvorrichtungen 32, 36 zu positionieren. Alternativ dazu können ersatzweise andere Mittel als Halterung für das Werkstück benutzt werden.
Auf Wunsch kann die strahlungsabsorbierende Kammer 48 zusätzlich Gasdurchflussöffnungen (hier nicht wiedergegeben) und Durchflussregler (hier nicht wiedergegeben) für die Steuerung des Gasdurchflusses in Nähe des Werkstücks umfassen, obwohl solche Elemente für typische Glühanwendungen nicht erforderlich sind.
• Werkstück
Noch zu : In dieser Ausführung handelt es sich bei dem Werkstück um einen Halbleiterwafer. Noch spezieller ist in dieser Ausführung der Halbleiterwafer ein Siliziumwafer, wie er bei der Herstellung von Halbleiterchips wie Mikroprozessoren und Speichervorrichtungen verwendet wird. Die erste Seite 42 des Werkstücks ist eine Substratseite, während die zweite Seite 46 des Werkstücks 34 eine Geräteseite ist. Somit sind in dieser Ausführung, wie in gezeigt, die erste und zweite Strahlungsquelle 40 und 44 so positionierbar, dass sie jeweils die Substratseite bzw. die Geräteseite eines Halbleiterwafers bestrahlen. Die Geräteseite (die zweite Seite 46) des Halbleiterwafer-Werkstücks wurde zuvor einem Ionenimplantierungsprozess wie z. B. einer Borimplantation mit ultraniedriger Energie zwecks Bildung von flachen p+/n Grenzschichten unterzogen, um in die Oberflächenbereiche der Geräteseite Unreinheiten oder Dotieratome zu implantieren. Als Ergebnis einer solchen Ionenimplantierung erleidet das Werkstück Schäden an seinem Kristallgitter und die Borimplantate bleiben tendenziell weitgehend in den Zwischenpositionen konzentriert, wo sie elektrisch inaktiv sind, in einer Schicht mit hoher Borkonzentration, die von dem Implantat in Nähe der zweiten Seite 46 erzeugt wird. Deshalb muss das Werkstück 34 einem Glühprozess unterzogen werden, um die Implantate in Ersatzpositionen im Gitter des Siliziumwafers zu zwingen und sie dadurch elektrisch zu aktivieren und die während der Ionenimplantierung erlitten Beschädigung des Kristallgitters zu reparieren.
Alternativ dazu haben jedoch Ausführungen der vorliegenden Erfindungen Anwendungen über die bloße Aktivierung implantierter Dotierstoffe hinaus und deshalb kann das Werkstück 34 alternativ einen Wafer umfassen, der für verschiedene Zwecke zu glühen ist. So zum Beispiel können andere Ausführung der hier exemplarisch dargestellten Wärmebehandlungsverfahren und -Systeme eingesetzt werden, um Schichten von Metallen, Oxiden, Nitriden, Siliziumverbinden, Silikaten oder Übergangsmetalloxide in Bereichen des Wafers zu glühen. In ähnlicher Weise können andere Ausführungen auch verwendet werden, um Bereiche des Wafers thermisch zu oxidieren oder thermisch zu nitrieren, die chemische Dampfablagerung von Schichten auf dem Wafer zu bewirken oder Festaggregatreaktionen in der Masse und den nahen Oberflächenbereichen des Wafers auszulösen, um nur ein paar Beispiele zu nennen.
Noch allgemeiner gesagt, besteht die Erwartung, dass viele Arten von Werkstücken, die ein Grundmaterial umfassen, das mit einer Vielzahl von Schichten verschiedener Materialien beschichtet ist, von Ausführungen der hierin exemplarisch dargestellten Wärmebehandlungsverfahren profitieren können. Dabei kann das Grundmaterial einen Halbleiter wie z. B. Silizium, Siliziumkarbid oder Galliumarsenid oder aber alternativ ein magnetisches Medium, das für die Herstellung von Speichermedien oder magnetischen Lese-/Schreibköpfen benutzt wird, oder auch beispielsweise ein Glas umfassen, wie es zur Fertigung von flachen Scheibendisplays eingesetzt wird. Derartige Werkstücke können einem Prozess der Oberflächenmodifikation wie einer Prä-amorphisierung unterzogen worden sein oder nicht und die Schichten können entweder seitlich kontinuierlich oder diskontinuierlich (als Ergebnis beabsichtigter Strukturierung) über die Oberflächen des Grundmaterials oder eine Kombination kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Schichten sein.
Im weiteren Sinne muss das Werkstück 34 jedoch nicht von einem der obigen Typen sein, sondern alternativ eine beliebige andere Werkstückart umfassen, die von den hier dargelegten Wärmebehandlungsverfahren und -systemen Nutzen ziehen würde.
Vorheizvorrichtung
Noch zu : In dieser Ausführung umfasst die Vorheizvorrichtung 32 oder noch spezieller die erste Strahlungsquelle 40 eine Bogenlampe, zur Bestrahlung eines Werkstücks 34 mit elektromagnetischer Strahlung. Noch spezieller handelt es sich in dieser Ausführung bei der Bogenlampe 62 um eine 500 kW Doppelwasserwand-Argonplasma-Bogenlampe, die von Vortek Industries Ltd. Vancouver, British Columbia, Kanada zu beziehen ist. Ein Beispiel einer solchen Bogenlampe ist in dem in gemeinsamen Besitz befindlichen Patentantrag des Patentkooperationsvertrags mit der Seriennummer PCT/CA01/00051 beschrieben, das am 26. Juli 2001 unter der Publikationsnummer WO 01/054 166 A1 veröffentlicht wurde und hiermit mittels Bezug in das vorliegende Dokument mit aufgenommen wird. Derartige Bogenlampen bieten im Vergleich zu den Wolfram-Fadenlampen als Quellen zahlreiche Vorteile für das Halbleiterglühen. Infolge zum Beispiel der geringen thermisch wirksamen Masse des Argonplasmas liegt die Reaktionszeit der Bogenlampe 62 in der Größenordnung von 0,1 oder 0,2 ms oder weniger, was nicht nur schneller ist als eine Wärmeleitzeit für ein Siliziumwafer, sondern auch um drei Größenordnungen schneller als die Reaktionszeit typischer Wolframfadenlampen. Die Bogenlampe 62 erlaubt somit einen schnelleren thermischen Zyklus, was sich in einer geringeren Dotierstoffdiffusion als bei Glühsysteme äußert, die Wolframfäden arbeiten. Zusätzlich erzeugt die Bogenlampe 62 über 95% ihrer Spektralverteilung unterhalb der 1,2 μm-Bandlückenabsorption von kaltem Silizium im Vergleich zu 40% für typische Wolframfadenlampen, was in einer größeren Heizeffizienz resultiert. Zudem sind die vielen Wolframfadenlampen in einem typischen Wolframglühsystem nicht perfekt aufeinander einkalibriert und ihre Strahlungsspektren verändern sich über die Zeit infolge von Änderungen an den Fäden, der Ansammlung von Ablagerungen auf den Lampenbirnen usw. Deshalb erhöht der Einsatz der einzigen Bogenlampe 62, deren Strahlung sich im Verlaufe der Zeit nicht merklich verändert, die Einheitlichkeit der Werkstückbestrahlung, was zu niedrigeren thermischen Gradient im Werkstück und zu weniger entsprechender thermischer Beschädigung des Gitters führt, und beseitigt die Notwendigkeit häufiger Kalibrierung und Nachkalibrierung einer großen Anzahl von Energiequellen wie zum Beispiel einer Anordnung von Wolframlampen. In ähnlicher Weise schließt die lange Lebenszeit der Bogenlampe 62 die Notwendigkeit häufiger Ersetzung und Neukalibrierung ausgebrannter Birnen aus. Alternativ dazu können jedoch ersatzweise andere Typen von Vorheizvorrichtungen benutzt werden, einschließlich Wolframfadenlampen als Quellen oder Anordnungen solcher Lampenquellen.
In dieser Ausführung umfasst die Vorheizvorrichtung 32 weiterhin einen Reflektor 64. Der Reflektor 64 wird von einer Reihe von flachen Segmenten gebildet, die eine Mulde bilden, um mit der Bogenlampe 62 zur Erzeugung eines im Allgemeinen einheitlichen Strahlungsfeldes zusammen zu wirken. In dieser Ausführung umfasst der Reflektor 64 einen von Vortek Industries Ltd. Vancouver, Kanada, hergestellten Reflektor. Alternativ dazu kann der Reflektor 64 weggelassen oder durch andere Reflektoren ersetzt werden, obgleich die allgemeine Einheitlichkeit des Strahlungsfeldes wünschenswert ist.
Die Bogenlampe 62 ist im Brennpunkt des Reflektors 64 positioniert, wobei die Bogenlampe 62 und der Reflektor 64 so positioniert sind, dass sie die erste Seite 42 des Werkstücks 34 mit einem im wesentlichen gleichförmigen Strahlungsfeld in einem Einfallswinkel von 45 Grad relativ zur Oberfläche der ersten Seite 42 des Werkstücks 34 bestrahlen.
In dieser Ausführung umfasst die strahlungsabsorbierende Kammer 48 weiterhin ein Quarzfenster 65, das sich zwischen den Wänden 52 und 56 der strahlungsabsorbierenden Kammer erstreckt. Das Quarzfenster 65 dient zur Isolierung der Bogenlampe 62 und des Reflektors 64 vom Inneren der strahlungsabsorbierenden Kammer 48, um eine Kontaminierung des Werkstücks, der Lampe oder des Reflektors zu verhindern.
In der vorliegenden Ausführung umfasst die Vorheizvorrichtung 32 weiterhin eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (hier nicht wiedergegeben) zur Stromversorgung der Bogenlampe 62 zwecks kontinuierlichen Betriebs zum Aufheizen des Werkstücks. Dabei dient die Vorheizvorrichtung der vorliegenden Ausführung dem Vorheizen des Werkstücks in einem Betrag von mindestens 100°C pro Sekunde auf eine Zwischentemperatur im Bereich von 600°C bis 1250°C. Noch spezieller beträgt die Temperatursteigerungsrate in dieser Anordnung mindestens 250°C pro Sekunde und noch spezieller liegt die Temperatursteigerungsrate bei mindestens 400°C pro Sekunde. Um solche Temperatursteigerungsrate zu erzielen, ist die Bogenlampe 62 in der Lage, die erste Seite 42 des Werkstücks mit einer Intensität von ungefähr 1 × 10² W/cm² zum Erzielen einer Temperatursteigerungsrate von leicht über 250°C pro Sekunde oder mit einer Intensität von ungefähr 1,4 × 10² W/cm² zum Erreichen einer Temperatursteigerungsrate von leicht mehr als 400°C pro Sekunde zu bestrahlen, wobei solche Strahlungsintensitäten von der der Bogenlampe zugeführten Eingangsenergie bestimmt wird. Alternativ dazu ist die Bogenlampe in der Lage, einen kontinuierlichen Bereich von Eingangsleistungen aufzunehmen und dementsprechend können ersatzweise auch höhere oder geringere Temperatursteigerungsraten benutzt werden, obgleich geringere Temperatursteigerungsraten zu einer erhöhten Dotierstoffdiffusion führen und viel höhere Temperatursteigerungsraten (in Größenordnung zum Beispiel der thermischen Verzögerungszeit des Werkstücks) in größeren thermischen Gradienten im Werkstück resultieren können. Beispielsweise könnten Temperatursteigerungsraten in der Größenordnung von 50°C pro Sekunde für einige Anwendungen angemessen sind, während wiederum viel höhere Temperatursteigerungsraten für andere Anwendungen akzeptabel sind.
Zusätzlich umfasst in dieser Ausführung das System 30 eine korrigierende Energiequelle 66, die unter einem Quarzfenster 67 in der Wand 52 der strahlungsabsorbierenden Kammer 48 angebracht ist. Die Korrekturenergiequelle sorgt während eines thermischen Zyklus für eine zusätzliche Erhitzung kühlerer Bereiche des Werkstücks 34 mit dem Ziel, die Gleichförmigkeit der Temperaturverteilung im Werkstück zu erhöhen und damit den von thermischen Spannungen verursachten Schaden zu reduzieren. Spezieller ist in dieser Ausführung die Korrekturenergiequelle ähnlich derjenigen, die in dem oben erwähnten, in gemeinsamen Besitz befindlichen U.S. Patent US 6 303 411 B1 dargestellt ist. Alternativ dazu kann die Korrekturenergiequelle 66 jedoch weggelassen werden oder es lassen sich ersatzweise andere Arten von Korrekturenergiequellen verwenden.
Heizvorrichtung
Noch zu : In dieser Ausführung umfasst die Heizvorrichtung 36 oder genauer die zweite Strahlungsquelle 44 eine Wärmeflussenergiequelle zur schnellen Erhitzung der Oberfläche 38 auf die Solltemperatur. Noch genauer umfasst in dieser Ausführung die Heizvorrichtung 36 eine Blitzlampe 68 zur Bestrahlung des Werkstücks 34 und noch spezieller der Oberfläche 38 mit elektromagnetischer Strahlung. Die Blitzlampe 68 umfasst eine VORTEK(^TM) Doppelwasserwandbogenlampe, die in dem in gemeinsamen Besitz befindlichen Paten tantrag mit Seriennummer PCT/CA01/00051 beschrieben ist. Die Blitzlampe 68 umfasst ein Energieversorgungssystem 69, das in dieser Ausführung nicht nur eine ununterbrochene Stromzufuhr ähnlich der umfasst, die in der Vorheizvorrichtung 32 auf Wunsch zum Betrieb der Blitzlampe in einem kontinuierlichen Modus eingesetzt ist, sondern auch eine gepulste Entladungseinheit, die vorgeladen und dann abrupt entladen werden kann, um eine Eingangsenergie-”Spitze” an die Blitzlampe 68 zu liefern. Genauer umfasst in dieser Ausführung das Stromversorgungssystem 69 der Blitzlampe eine Stromversorgung, Modell Nummer VT-20, gepulste Entladungseinheit, hergestellte von Rapp OptoElectronin, Hamburg, Deutschland, zur Erzeugung von Impulses von bis zu 60 kJ in einer Entladezeit von einer Millisekunde. Alternativ dazu und ersatzweise können andere Energieversorgen eingesetzt werden, die in der Lage sind abrupte Eingangsenergiespitzen zu liefern. So zum Beispiel kann eine Stromversorgung, Modellnummer PS5010, hergestellt von EKSAM Company, Vilnius, Litauen, für viele Anwendungen geeignet sein. Vorzugsweise besitzt eine jede solche Stromversorgung eine Schaltfrequenz von mindestens 2 kHz und einen Leistungsausstoß von mindestens 500 KW; diese hier bevorzugten Charakteristika sind jedoch nicht wesentlich und lassen sich auf Wunsch variieren.
Allgemeiner lassen sich andere Typen von Blitzlampen oder, im weiteren Sinne, andere Heizvorrichtungen ersatzweise verwenden. Es wird jedoch der VORTEK(^TM) Doppelwasserwand-Bogenlampe der Vorzug gegeben, da sie Blitzer höherer Leistung als andere Heizvorrichtungen erzeugen kann. Dabei umfass die Heizvorrichtung 36 vorzugsweise eine Mindestanzahl von Heizquellen, am besten eine einzelne Quelle, um so die Steuerung der Heizvorrichtung zu erleichtern und die Gleichförmigkeit des Strahlungsfeldes ohne Notwendigkeit laufender Kalibrierung einer großen Anzahl von Quellen zu erhöhen. Der Einsatz einer Bogenlampe wird favorisiert, weil die Bogenlampe im Vergleich zu anderen Typen von Heizquellen wie zum Beispiel Wolframfadenlampen signifikant höhere Kapazitäten beim Leistungsausstoß aufweist. Konventionelle Bogenlampen können Schwierigkeiten mit der Erzeugung eines Blitzes der hier erwähnten Energieniveaus haben, was auf schwere thermische Spannungen zurückzuführen ist, die auf die den Bogen umgebenden Quarzfenster beaufschlagt werden und nicht nur aus der Ableitung der von dem Bogen ausgehenden Wärme, sondern auch aus der Absorption der aus dem Bogen stammenden Strahlung innerhalb des Quarzfensters resultieren. Bei konventionellen Bogenlampen können diese resultierenden thermischen Belastungen zum Zerplatzen des den Bogen umgebenden Quarzfensters führen. VORTEK(^TM) Doppelwasserwand-Bogenlampe zielt auf diese Schwierigkeiten und ist von daher in Lage, Blitze höherer Energie als die traditionellen Bogenlampen sicher zu erzeugen, was sie für die Anwendung der vorliegenden Ausführung, bei der eine einzelne Lampe oder eine begrenzte Anzahl von Lampen benutzt wird, in idealer Weise geeignet macht.
In Reaktion auf eine Entladung des Energieversorgungssystems 69 kann die Blitzlampe 68 einen elektromagnetischen Strahlungsblitz mit einem Leistungsausstoß von 4–6 MW im Bereich von 1–5 ms Dauer erzeugen. Z. B. kann eine 6 MW-Blitz von 1 ms Dauer für einige Anwendungen vorteilhaft sein. Durch die Erzeugung eines solchen Blitzes, wenn das Werkstück sich auf der Zwischentemperatur befindet, kann die Heizvorrichtung 36 die Oberfläche 38 des Werkstücks von der Zwischentemperatur auf die Solltemperatur erhitzen. In Ausführungen, bei denen das Werkstück 34 ein Siliziumhalbleiterwafer ist, kann die Heizvorrichtung die Oberfläche 38 auf eine Solltemperatur erhitzen, die üblicherweise in dem Bereich von 1050°C bis 1430°C liegt.
Die Blitzlampe 68 hat gegenüber anderen Schnellheizvorrichtungen für die Zwecke der vorliegenden Ausführung Vorteile. Obwohl z. B. früher Excimerlaser für einige Glühzwecke eingesetzt wurden, tendiert doch die von einem Laser erzeugte monochromatische Strahlung dazu, optische Interferenzeffekte zu erzeugen, die von dünnen Filmen herrühren, die als Schicht auf der Oberfläche eines Halbleiterwafer-Werkstücks sitzen und die mit Absicht seitlich inhomogen sind. Derartige optische Interferenzeffekte produzieren seitliche Temperaturgradienten, die zu Beschädigungen des Werkstückgitters durch thermische Spannungen führen. Die Blitzlampe 68 ist aufgrund des von der Blitzlampe erzeugten größeren Spektrums elektromagnetischer Strahlung für solche Interferenzeffekte weniger anfällig als Laser. Außerdem erfordert das Laserglühen typischerweise mehrfache Heizzyklen, z. B. hunderte von Zyklen, um die gesamte Werkstückoberfläche zu glühen; dementsprechend würde bei ersatzweiser Benutzung eines Lasers als Heizquelle das Werkstück wahrscheinlich eine längere Zeit auf der Zwischentemperatur bleiben, was eine tiefere Dotiermitteldiffusion zur Folge hätte. Zugleich trägt die Verwendung eines Lasers als Heizquelle zur Erzeugung von Grenzschichten geringerer Qualität als bei der Blitzlampe bei, was sich in einer größeren Stromleckage äußert. Außerdem neigt die mit Lasern verbundene kürzere Steigerungszeit (typischerweise zwei Größenordnungen schneller als bei der Blitzlampe) dazu, höhere thermische Gradienten zu erzeugen und die Wahrscheinlichkeit von Gitterbeschädigungen zu erhöhen. Schließlich ist es aufgrund der extrem geringen Wärmepenetration beim Laserglühen manchmal nicht möglich, das ordnungsgemäße Glühen einer gewünschten Schicht wie einem dünnen Fenster zu erreichen, das unter einer dazwischen tretenden Schicht liegt, weil es von der Zwischenschicht „überschattet” wird, während demgegenüber die Blitzlampe auf die Erhitzung der gesamten Oberflächenregion einschließlich der dazwischen und darunter liegenden Schicht auf ausreichende Glühtemperaturen zielt.
Alternativ können jedoch auf Wunsch andere Typen von Heizvorrichtungen anstelle der Blitzlampe 68 verwendet werden. Für die Zwecke der vorliegenden Ausführung ist es wünschenswert, dass jede alternative Heizvorrichtung eine Reaktionszeit besitzt, die kürzer als die Wärmeleitzeit des Werkstücks 34 ist (typischerweise in der Größenordnung von 10–15 ms), und in der Lage ist, die zweite Seite 46 des Werkstücks von der Zwischentemperatur auf die Solltemperatur in weniger als der Wärmeleitzeit des Werkstücks zu erhitzen, so dass die Hauptmasse des Werkstücks 34 auf im wesentlichen der Zwischentemperatur bleibt, damit diese Hauptmasse als Wärmeabfluss zur Erleichterung der schnellen Abkühlung der zweiten Seite 46 von der gewünschten Temperatur auf die Zwischentemperatur fungieren kann.
In dieser Ausführung umfasst die Heizvorrichtung einen Reflektor 70. In dieser Ausführung wird der Reflektor 70 von einer Serie von flachen Segmenten gebildet, die eine Mulde bilden, um mit der Blitzlampe 68 zur Erzeugung eines generell gleichförmigen Strahlungsfeldes zusammen zu wirken. In dieser Ausführung umfasst der Reflektor 70 einen Reflektor, der von Vortek Industries Ltd, Vancouver, Kanada. Hergestellt wird. Alternativ dazu kann der Reflektor 70 entfallen oder durch andere Reflektoren ersetz werden, obgleich es wünschenswert ist, dass das Strahlungsfeld im generell gleichförmig ist.
Die Blitzlampe 68 ist im Brennpunkt des Reflektors 70 positioniert, wobei die Blitzlampe und der Reflektor so positioniert sind, dass sie die zweite Seite 46 des Werkstücks 34 mit einem im wesentlichen gleichförmigen Strahlungsfeld in einem Einfallswinkel von 45 Grad relativ zur Oberfläche der zweiten Seite 46 des Werkstücks 34 bestrahlen. In dieser Ausführung umfasst die strahlungsabsorbierende Kammer 48 weiterhin ein Quarzfenster 71, das sich zwischen den Wänden 50 und 54 der strahlungsabsorbierenden Kammer erstreckt. Das Quarzfenster 71 dient zur Isolierung der Bogenlampe 68 und des Reflektors 70 vom Inneren der strahlungsabsorbierenden Kammer 48, um eine Kontaminierung des Werkstücks, der Lampe oder des Reflektors zu verhindern.
• Selektivfiltersystem
Zu : In dieser Ausführung umfasst das Absorptionssystem des Systems zum verstärkten Kühlen 47 ein Selektivfiltersystem. Genauer umfasst das Selektivfiltersystem eine erste Filtervorrichtung, die in dieser Ausführung das Quarzfenster 65 umfasst. Die erste Filtervorrichtung, oder genauer, das Quarzfenster 65, ist zwischen der Vorheizvorrichtung 32 und dem Werkstück 34 angeordnet und so konfiguriert, dass es die von der Vorheizungsvorrichtung erzeugte Strahlung an das Werkstück weiterleitet, um so das Werkstück auf die Zwischentemperatur zu erhitzen. Noch genauer, ist die erste Filtervorrichtung so konfiguriert, dass sie die Strahlung auf eine Oberfläche des Werkstücks weiterleitet, die in dieser Ausführung die Substratseite umfasst, die in diesem Dokument als erste Seite 42 bezeichnet wird. Die erste Filtervorrichtung ist weiterhin so konfiguriert, dass sie die von dem Werkstück abgegebene Wärmestrahlung absorbiert.
In ähnlicher Weise umfasst das Selektivfiltersystem in dieser Ausführung weiterhin eine zweite Filtervorrichtung, die in dieser Ausführung das Quarzfenster 71 umfasst. Die zweite Filtervorrichtung, oder genau das Quarzfenster 71, ist zwischen der Heizvorrichtung 36 und dem Werkstück angebracht und so konfiguriert, dass sie die von der Heizvorrichtung erzeugte Strahlung auf die Oberfläche 38 des Werkstücks weiterleitet, um so die Oberfläche auf die gewünschte Temperatur größer als die Zwischentemperatur zu erhitzen. Die zweite Filtervorrichtung ist des Weiteren so konfiguriert, dass sie von dem Werkstück angegeben Wärmestrahlung absorbiert.
Zu den und : In dieser Ausführung umfasst die zweite Filtervorrichtung des Selektivfiltersystems des Systems zum verstärkten Kühlen 47 mindestens ein Fenster, welches in dieser Ausführung das Quarzfenster 71 ist. Genauer, das Quarzfenster 71 umfasst ein erstes und in einem gewissen Abstand davon ein zweites Fenster 82 und 84, die in dieser Ausführung aus Quarz gefertigt werden. In dieser Ausführung sind die Fenster 82 und 84 optisch transparent und definieren einen Flüssigkeitskanal 86, der zwischen ihnen verläuft. Die optisch transparenten Fenster haben eine Dicke im Bereich von 2 bis 10 mm und befinden sich in einem Abstand von ungefähr 2 bis 5 mm, vorzugsweise 3 mm voneinander.
In dieser Ausführung umfasst das Wärmebehandlungssystem 30 ferner das Kühlsubsystem 58 zur Kühlung des Selektivfiltersystem oder genauer, für die Kühlung der ersten und zweiten Filtereinrichtungen desselben. Um dies zu erreichen, umfasst in dieser Ausführung das Kühlsubsystem 58 ein Flüssigkeitskühlsubsystem, das eine Flüssigkeit über eine Fläche des Fensters 71 leitet. Noch genauer, leitet in dieser Ausführung das Flüssigkeitskühlsubsystem eine Flüssigkeit in einen Raum, nämlich den Flüssigkeitskanal 86, der zwischen den Fenster 82 und 84 definiert ist. Somit wird in dieser Ausführung eine Kühlflüssigkeit, vorzugsweise eine Flüssigkeit wie Wasser, besser gereinigtes Wasser und am besten deionisiertes Wasser, durch den Flüssigkeitskanal 86 gepumpt. Das gekühlte Fenster 71 mit dem durch den Flüssigkeitskanal 86 gepumpten Wasser überträgt unmittelbare die sichtbare und unsichtbare Strahlung (durch Wellenlinien 85 dargestellt) mit Wellenlängen von ungefähr 0,2 bis 1,4 um von der Blitzlampe auf das Werkstück, absorbierte jedoch auch Infrarotstrahlung der Wellenlänge größer als 1,4 μm, de von dem Werkstück abgegeben wird (durch Wellenlinien 88 dargestellt). Durch Absorption der von dem Werkstück ausgehenden länger welligen Strahlung fördert das gekühlte Fenster 71 aktiv die Werkstückabkühlung und reduziert oder eliminiert Rückreflektionen der von dem Werkstück ausgehenden Strahlung auf es selbst. Das System 30 bietet eine größere Steuerung und maximiert die Kühlung des Werkstücks. Nach Absorption der Strahlung wird das Wasser zur weiteren Verbesserung der Kühlung vom Fenster fortgepumpt, da ein solches Abpumpen verhindert, dass das gekühlte Fenster 71 und das darin befindliche Wasser sich aufheizen und beginnen, Wärme abzustrahlen. Die von dem Wasser absorbierte Strahlung kehrt nicht zum Werkstück zurück, wo sie reabsorbiert würde. Im Gegensatz dazu leiten konventionelle hochreflektierende Systeme (nicht strahlungsabsorbierende Kammern) den Hauptteil einer solchen von dem Wafer abgegebenen Strahlung auf den Wafer zurück. Somit umfasst in dieser Ausführung das gekühlte Fenster 71 eine erste optisch transparente Scheibe (das Fenster 82), die von einer Kühlflüssigkeit gekühlt wird, und weiterhin eine zweite optische transparent Scheibe (das Fenster 84), die von der ersten optisch transparenten Scheibe zur Festlegung eines Durchgangs (Flüssigkeitskanal 86) getrennt ist, durch welchen die Kühlflüssigkeit fließen kann.
In dieser Ausführung sind das in wiedergegebene Quarzfenster 65, das zwischen der Vorheizvorrichtung 32 und dem Werkstück 34 angeordnet ist, dem Quarzfenster 71 strukturell ähnlich. Deshalb handelt es sich in dieser Ausführung bei dem Fenster 65 auch um ein flüssigkeitsgekühltes, oder genauer, ein wassergekühltes Quarzfenster.
Damit funktioniert in dieser Ausführung, bei der das Werkstück 34 ein Halbleiterwafer ist, das System 30 effektiv als eine Halbleiter-Heizvorrichtung, die eine erste Heizquelle (eine der Vorrichtungen zum Vorheizen 32 und Erhitzen 36) zur Erhitzung einer ersten Oberfläche eines Halbleiterwafers, eine zweite Heizquelle (die jeweils andere von den Vorrichtungen zum Vorheizen 32 und Erhitzen 36) zur Erhitzung einer zweiten Oberfläche des Halbleiterwafers sowie ein erstes gekühltes Fenster (eines der Fenster 65 und 71) umfasst, das zwischen der ersten Heizquelle und dem Halbleiterwafer angeordnet ist. Die Anlage nach der vorliegenden Ausführung umfasst weiterhin ein zweites gekühltes Fenster (das jeweils andere der Fenster 65 und 71), das zwischen der zweiten Heizquelle und dem Halbleiterwafer angeordnet ist. Das erste und das zweite gekühlte Fenster absorbieren die von dem Halbleiterwafer abgegebene Wärmestrahlung, um den Halbleiterwafer bei einem Betrag von mindestens 100°C pro Sekunde kontrolliert abzukühlen.
Steuervorrichtung
Zu : In dieser Ausführung umfasst das System 30 einen Prozessorschaltkreis 72, der in dieser Ausführung in einem Allzweckcomputer 74 untergebracht ist. Der Prozessorschaltkreis 72 kommuniziert mit der Vorheizvorrichtung 32 und der Heizvorrichtung 36. Außerdem kommuniziert der Prozessorschaltkreis in Ausführung wie der vorliegenden, bei der die Temperaturanzeige 60 und die Korrekturenergiequelle 66 vorgesehen sind, mit diesen Vorrichtungen.
In dieser Ausführung ( ) umfasst der Computer 74 ferner eine Speichervorrichtung 76, die mit dem Prozessorschaltkreis 72 kommuniziert. Genauer, umfasst die Speichervorrichtung 76 eine Harddisk und ein RAM. Der Computer 74 umfasst ferner ein Eingabegerät 78, das in dieser Ausführung eine Tastatur ist, sowie ein Ausgabegerät 80, das in dieser Ausführung ein Farbmonitor ist. Alternativ dazu können andere Speicher-, Eingabe- und Ausgabegeräte ersatzweise benutzt werden. Oder aber, der Computer kann als weitere Alternative gänzlich entfallen und durch irgendwelche anderen geeigneten Mittel zur Steuerung der Vorheiz- und Heizvorrichtungen 32 und 36 gemäß den hier dargestellten Verfahren ersetzt werden.
Betrieb
Zu den , und : In dieser Ausführung speichert die in gezeigte Speichervorrichtung 76 Codeblöcke zur Anweisung der Prozessorschaltkreises 72 zwecks Ausführung einer Wärmebehandlungsroutine, von der in unter 90 eine allgemeine Darstellung gegeben ist. Die Wärmebehandlungsroutine wird von dem Prozessorschaltkreis in Reaktion auf Anwendereingaben an der Anwendervorrichtung 78 ausgeführt, die anweisen, dass ein Wärmebehandlungszyklus einzuleiten ist.
Allgemein, konfiguriert in dieser Ausführung die Wärmebehandlungsroutine 90 den Prozessorschaltkreis 72 zur Steuerung der Vorheizvorrichtung 32 und der Heizvorrichtung 36 zwecks Vorheizen des Werkstücks 34 auf eine Zwischentemperatur sowie Erhitzen der Oberfläche 38 des Werkstücks auf eine Solltemperatur höher als die Zwischentemperatur. In dieser Ausführung beginnt das Erhitzen innerhalb einer auf den ersten Zeitraum folgenden Zeitspanne, die kleiner ist als der erste Zeitraum. Genauer, in dieser Ausführung beginnt die Erhitzung im Wesentlichen unmittelbar dann, wenn das Werkstück die Zwischentemperatur erreicht. Zugleich ist in dieser Ausführung die Solltemperatur um einen Betrag höher als Zwischentemperatur, der weniger oder gleich ungefähr ein Fünftel der Differenz zwischen der Zwischentemperatur und einer Anfangstemperatur des Werkstücks ist. Allgemein absorbieren während der Ausführung der Wärmebehandlungsroutine 90 die Wände 50, 52, 54 56 der strahlungsabsorbierenden Kammer 48 die von dem Werkstück reflektierte oder abgegebene Wärmestrahlung und die Quarzfenster 65 und 71 absorbieren in ähnlicher Weise von dem Werkstück ausgehende Strahlung und verbessern damit die Kühlung des Werkstücks. Das Kühlsubsystem 58 kühlt diese Wände und Fenster, um deren Erhitzung als Reaktion auf eine derartige Absorption und erneute Abstrahlung solcher absorbierten Energie als Schwarzköperstrahlung zu verhindern. Alternativ dazu kann jedoch eine solche Absorption und Kühlung auf Kosten der Temperaturgleichförmigkeit des Werkstücks während der Ausführung der Wärmebehandlungsroutine sowie weiterhin um den Preis tieferer Dotierstoffdiffusion entfallen, die aus langsameren Abkühlungsraten resultiert.
Die Wärmebehandlungsroutine 90 beginnt mit einem ersten Block 100 von Codes, wie in gezeigt, die den Prozessorschaltkreis 72 anweisen, das Werkstück 34 auf eine Zwischentemperatur zu erhitzen. Um dies zu erreichen, weist Block 100 den Prozessorschaltkreis an, die Vorheizvorrichtung 32, oder genauer, die erste Strahlungsquelle 40 zu aktivieren, um die erste Seite 42 des Werkstücks 34 zwecks Vorheizen des Werkstücks 34 auf die Zwischentemperatur zu bestrahlen. Noch genauer, Block 100 weist den Prozessorschaltkreis an, mit Bogenlampe 62 in kontinuierlich die erste Seite 42 des Werkstücks mit einer konstanten Strahlungsintensität von ungefähr 1,4 × 10² W/cm² zu bestrahlen, die sich als ausreichend erwiesen hat, das Werkstück mit einer Temperatursteigerungsrate von wenig mehr als 400°C pro Sekunde vorzuheizen. Somit umfasst in dieser Ausführung die Bestrahlung des Werkstücks dessen Exponierung an eine von einer Bogenlampe erzeugten elektromagnetischen Strahlung.
Block 100 weist zudem den Prozessorschaltkreis 72 an, die Heizvorrichtung 36 zu aktivieren, was in dieser Ausführung dadurch erreicht wird, dass das Energieversorgungssystem 69 der Blitzlampe 68, wie in Abb. gezeigt, geladen wird. Außerdem weist in Ausführungen, bei denen die Korrekturenergiequelle 66 in zu verwenden ist, Block 100 den Prozessorschaltkreis 72 weiterhin an, die Korrekturenergiequelle 66 zu steuern, um während der Vorheizphase eine gewünschte räumliche Temperaturverteilung über das gesamte Werkstück zu erzeugen, wie dies detailliert in dem oben erwähnten, im gemeinsamen Besitz befindlichen U.S.-Patent US 6 303 411 B1 beschrieben ist. Alternativ dazu kann die Korrekturenergiequelle 66 entfallen.
Block 110 weist dann den Prozessorschaltkreis 72 an, zu ermitteln, ob in dem Werkstück die Zwischentemperatur erreicht ist. In dieser Ausführung weist Block 110 den Prozessorschaltkreis an, dies durch Überwachung der von der Temperaturanzeige 60 in eingehenden Signale zu erreichen, die die Temperatur des Werkstücks 34 anzeigen. Alternativ kann jedoch Block 110 den Prozessorschaltkreis anweisen, als Temperaturanzeige zu fungieren, um eine Anzeige der Werkstücktemperatur auf der Grundlage der Zeit zu erzeugen, die seit der Aktivierung der Vorheizvorrichtung bei Block 100 verstrichen ist, und zwar unter Berücksichtigung einer vorhergesagten Erhitzungsrate, die der Intensität der auf das Werkstück einwirkenden Strahlung entspricht, um so zu bestimmen, ob die Zwischentemperatur erreicht wurde. Obwohl die Größenordnung der Zwischentemperatur von Anwendung zu Anwendung schwanken wird, beträgt die Zwischentemperatur in dieser Ausführung 1000°C und deshalb wird diese Temperatur in dem Werkstück nach ungefähr 2,5 Sekunden Bestrahlung des Werkstücks durch die Vorheizvorrichtung 32 erreicht. Im Endeffekt weisen demnach die Blöcke 100 und 110 den Prozessorschaltkreis an, die Vorheizvorrichtung 32 zu steuern, um das Werkstück für einen Zeitraum größer als eine Wärmeleitzeit des Werkstücks (die bei 10–15 ms liegt) vorzuheizen.
Nachdem Block 110 festgestellt hat, das die Zwischentemperatur im Werkstück 34 erreicht wurde, weist Block 120 den Prozessorschaltkreis 72 an, die Oberfläche 38 des Werkstücks 34 auf eine Solltemperatur zu erhitzen, die höher als die Zwischentemperatur ist. In dieser Ausführung überschreitet die Solltemperatur die Zwischentemperatur um einen Betrag, der geringer oder gleich ungefähr ein Fünftel (oder genauer, weniger oder gleich ungefähr ein Zwanzigstel) einer Differenz zwischen der Zwischentemperatur und der Anfangstemperatur des Werkstücks ist. Wie bereits erwähnt, liegen in dieser Ausführung die bevorzugten Zwischentemperaturen im Bereich von ungefähr 600°C bis 1250°C und die bevorzugten gewünschten Temperaturen im Bereich von ungefähr 1250°C bis 1430°C (was sehr grob dem Schmelzpunkt von Silizium entspricht). In dieser Ausführung beginnt die Heizphase innerhalb kürzere Zeit nach dem ersten Zeitraum (während dem die Temperatur des Werkstücks auf die Zwischentemperatur anstieg) als die erste Zeitspanne. Genauer, als Ergebnis der Ausführung von Block 110 und 120 kann die Heizvorrichtung 36 die Erhitzung der Oberfläche 38 des Werkstücks in Reaktion auf die Meldung der Temperaturanzeige 60 beginnen, dass die Temperatur des Werkstücks 34 mindestens gleich der Zwischentemperatur ist, oder alternativ, sofern z. B. die Temperaturanzeige entfällt, kann die Heizvorrichtung eine solche Erhitzung am Ende des ersten Zeitraum beginnen (während dem die Temperatur des Werkstücks auf die Zwischentemperatur anstieg).
In anderen Worten, in dieser Ausführung kann die Heizvorrichtung 36 die Erhitzung der Oberfläche im Wesentlichen unmittelbar dann beginnen, wenn das Werkstück 34 die Zwischentemperatur erreicht. Dabei kann in dieser Ausführung die Heizvorrichtung die Erhitzung der Oberfläche innerhalb von weniger als einer Sekunde beginnen, nachdem das Werkstück die Zwischentemperatur erreicht. Genauer, die Heizvorrichtung kann die Erhitzung der Oberfläche innerhalb von weniger als einer Viertelsekunde beginnen, nachdem das Werkstück die Zwischentemperatur erreicht. Noch genauer, die Heizvorrichtung kann die Erhitzung der Oberfläche innerhalb von weniger als 100 Millisekunden oder noch genauer innerhalb von 10 Millisekunden beginnen, nachdem das Werkstück die Zwischentemperatur erreicht. Im Endeffekt kann deshalb, da die Wärmeleitzeit durch das Werkstück in der Größenordnung von 10–15 ms liegt, die Heizvorrichtung in dieser Ausführung die Erhitzung der Oberfläche innerhalb eines Intervalls beginnen, dass dem Erreichen der Zwischentemperatur durch das Werkstück folgt, wobei das Intervall eine Größe von weniger oder gleich einer Wärmeleitzeit des Werkstücks besitzt. Dabei kann es für einige Anwendungen wünschenswert sein, den Beginn der Heizphase bis kurz nach der Deaktivierung der Vorheizvorrichtung hinauszuzögern, um der thermische Verzögerung des Werkstücks (in Größenordnung von 10–15 ms) Rechnung zu tragen. Jede Verzögerung jedoch größer als die 10–15 ms Wärmeleitzeit des Werkstücks tendiert dazu, die Dotierstoffdiffusion im Werkstück zu erhöhen. Deshalb ist es im Allgemeinen vorzuziehen, den Beginn der Erhitzungsphase überhaupt nicht hinauszuzögern, sondern, falls eine Verzögerung für eine besondere Anwendung gewünscht wird, so ist es typischerweise nicht wünschenswert, die Werkstücktemperatur länger auf der Zwischentemperatur als die Zeitspanne zu „halten”, die für die Erhitzung des Werkstücks von seiner Anfangstemperatur auf die Zwischentemperatur vergeht.
Zur Einleitung der Heizphase weist in dieser Ausführung der Block 120 den Prozessorschaltkreis 72 an, die Vorheizvorrichtung 32 (einschließlich der Korrekturenergiequelle 66, falls eine solche vorgesehen ist) zu deaktivieren und die Heizvorrichtung 36 zu aktivieren, um die Oberfläche 38 des Werkstücks auf die Solltemperatur zu erhitzen. Genauer, in dieser Ausführung weist Block 120 den Prozessorschaltkreis 72 an, die Heizphase einzuleiten, indem er die zweite Strahlungsquelle 44 steuert, die zweite Seite 46 des Werkstücks 34 zu bestrahlen, um die zweite Seite auf die Solltemperatur zu erhitzen, die höher als die Zwischentemperatur liegt. Der Prozessorschaltkreis wird angewiesen, dieses dazu zu bewerkstelligen, dass er ein Signal an die Blitzlampe 68 in sendet, um die Entladung des Energieversorgungssystems der Blitzlampe zu veranlassen und so einen kurzzeitigen, hochenergetischen Bogen in der Blitzlampe zu erzeugen, der die Oberfläche 38 des Werkstücks für eine Dauer in der Größenordnung von 1 ms mit einer Energie von ungefähr 5 MW bestrahlt. Somit beinhaltet in dieser Ausführung die Bestrahlung der Oberfläche 38, die Oberfläche einer von der Blitzlampe erzeugten Strahlung auszusetzen.
Dieser Blitz erhitzt die Oberfläche 38 des Werkstücks auf die Solltemperatur, die in dieser Ausführung 1050°C beträgt. Bei dieser hohen Temperatur und entsprechend den hohen kinetischen Energien tendieren die in die Oberfläche 38 des Werkstücks implantierten Dotieratome dazu, Siliziumatome aus dem Gitter zu schießen und die zuvor von den Siliziumatome besetzten Stellen im Gitter ersatzweise zu besetzen. Die Dotierstoffe werden dadurch elektrisch aktiviert. Die entfernten Siliziumatome tendieren dazu, zu Zwischenabflüssen wie der Oberfläche 38 des Werkstücks zu wandern, wo sie von anderen Prozessen wie Oxidation ergriffen werden.
Die Wärmebehandlungsroutine 90 ist dann beendet.
Zu : Ein Temperatur-Zeit-Profil der Oberfläche 38 des Werkstücks 34, das sich aus der vorhergehenden Ausführung der Wärmebehandlungsroutine 90 ergibt, ist allgemein unter 130 wiedergegeben. Das Temperatur–Zeit-Profil 130 weist vier distinkte Phasen auf, die Vorheizphase des Hauptkörpers 132, eine Phase der Oberflächenerhitzung 134, eine Phase der Oberflächenabkühlung 136 und eine Phase der Hauptkörperabkühlung 138.
Zu den , und : Die Phase der Hauptkörperabkühlung 132 ergibt sich aus der Ausführung der Blöcke 100 und 110 durch den Prozessorschaltkreis und dient dem Vorheizen des Werkstücks 34 durch Erhöhung seiner Temperatur über einen ersten Zeitraum 133 hinweg von seiner Anfangstemperatur auf die Zwischentemperatur. Genauer, in dieser Ausführung erhöht die Vorheizvorrichtung 32 die Temperatur des gesamten Werkstücks 34 von seiner Anfangstemperatur (Raumtemperatur) auf eine Zwischentemperatur von 1000°C mit einer Temperatursteigerungsrate von ungefähr 400°C pro Sekunde. Das auf diese Weise erfolgende Vorheizen des Werkstücks auf eine Zwischentemperatur, die relativ nahe bei der Solltemperatur liegt, dient der Reduzierung der Größe der Temperaturgradient, die in dem Werkstück während der nachfolgenden Phase der Oberflächenerhitzung 134 auftreten, und dient von daher der Reduzierung von Schäden an dem Werkstückgitter infolge thermischer Belastungen, wie sie sich im Vergleich dazu bei Techniken wie Laserglühen oder Mikrowellenglühen ergeben. Die relativ hohe Temperatursteigerungsrate der Phase des Hauptkörpervorheizens 132 und die entsprechend kurze Zeit, die das Werkstück bei hohen Temperaturen verbringt, resultieren jedoch in einer viel geringeren Dotierstoffdiffusion in dem Werkstück als andere Zyklen, die mit geringeren Temperatursteigerungsraten arbeiten oder die das Werkstück vor der anschließenden Erhitzungsphase bei einer Zwischentemperatur halten. In anderen Worten, in dieser Ausführung ist die Dauer der Phase des Hauptkörpervorheizens 132, wenngleich länger als die Wärmeleitzeit des Werkstücks, kurz im Vergleich zu einer charakteristischen Zeit, die eine nicht akzeptable Diffusion bei den Temperaturen braucht, die während der Phase des Hauptkörpervorheizens erzielt werden.
Die Phase der Oberflächenerhitzung 134 resultiert aus dem von der Heizvorrichtung 36 bei Block 120 erzeugten Blitz und dient der Erhitzung der Oberfläche 38 des Werkstücks von der Zwischentemperatur auf die Solltemperatur. Wie in gezeigt, beginnt eine derartige Erhitzung innerhalb einer kürzeren Zeit im Anschluss an den ersten Zeitraum 133 als eben dieser erste Zeitraum 133. Genauer, beginnt in dieser Ausführung die Erhitzung im Wesentlichen im Anschluss an das Ende des ersten Zeitraums 133, sobald die Zwischentemperatur im Werkstück erreicht ist. In dieser Ausführung erhöht der Blitz die Temperatur der Oberfläche 38 von der Zwischentemperatur von 1000°C auf die Sollglühtemperatur von 1050°C in ungefähr einer Millisekunde. Aufgrund der kurzen Dauer des Blitzes (in der Größenordnung von 1 ms) kann die Heizvorrichtung 36 die Oberfläche 38 des Werkstücks für eine Zeitspanne erhitzen, die kürzer als die Wärmeleitzeit des Werkstücks ist (in der Größenordnung von 10–15 ms) ist. Deshalb erhitzt die Heizvorrichtung 36 die Oberfläche 38 des Werkstücks viel schneller, als solche Wärme von der Oberfläche 38 in das Werkstück abfließen kann, und infolgedessen bleibt der Hauptkörper des Werkstücks im Wesentlichen bei der Zwischentemperatur, während die Oberfläche 38 auf die Solltemperatur erhitzt wird.
So fungiert der relativ kalte Hauptkörper des Werkstücks 34 während der dem Blitz unmittelbar folgenden Phase der Oberflächenabkühlung 136 als Wärmeabfluss für die Oberfläche 38 und erlaubt der Oberfläche 38, sich mit signifikant höheren Temperaturabfallraten abzukühlen, als dies Fall wäre, wenn das gesamte Werkstück auf die Solltemperatur erhitzt worden wäre. Diese schnelle Abkühlung setzt sich fort, bis die Oberfläche 38 dieselbe Temperatur wie der Rest des Werkstücks 34 erreicht hat (ungefähr die Zwischentemperatur). Die Dauer dieser Oberflächenabkühlungsphase 136 liegt typischerweise in der Größenordnung der Dauer der Phase der Oberflächenerhitzung 134. Um dies an einem Beispiel zu illustrieren: Eine Oberfläche eines Siliziumhalbleiterwafers kann je nach der (Zwischen-)Temperatur des Hauptkörpers des Wafers mit einer Temperaturabfallrate von 10.000°C pro Sekunde abkühlen. Als Folge dieser ultraschnellen Erhitzung und Abkühlung während der Phasen der Oberflächenerhitzung und -abkühlung 134 und 136 verbringt die Oberfläche 38 des Werkstücks beträchtlich kürzere Zeit im Hochtemperaturbereich zwischen der Zwischentemperatur und der Solltemperatur, als sie es müsste, wenn das gesamte Werkstück auf die Solltemperatur erhitzt worden wäre. Da die unerwünschte Dotierstoffdiffusion meistens bei oder nahe der Sollglühtemperatur auftritt, führt diese ultraschnelle Erhitzung und Abkühlung zu einer geringeren Dotierstoffdiffusion und erlaubt damit die Bildung flacherer p+/n-Grenzschichten, als frühere Glühsysteme, die mit Bogenlampen oder Fadenlampen arbeiten. Gleichzeitig sind, da die Solltemperatur die Zwischentemperatur um einen Betrag geringer oder gleich ungefähr ein Fünftel (oder noch vorteilhafter in der vorliegenden Ausführung geringer oder gleich ungefähr ein Zwanzigstel) der Differenz zwischen der Zwischentemperatur und der Anfangstemperatur übersteigt, die Temperaturgradient im Werkstück während dieser Erhitzungs- und Abkühlphasen viel kleiner als diejenigen, die bei konventionellen Laserglühtechniken auftreten, was zu geringeren thermischen Belastungsschäden an dem Kristallgitter führt.
Wenn die Oberfläche 38 auf dieselbe Temperatur wie der Hauptkörper des Werkstücks 34 abgekühlt ist (ungefähr die Zwischentemperatur), beginnt die Phase der Hauptkörperabkühlung 138, in der die Oberfläche 38 zusammen mit dem Hauptkörper des Werkstücks 34 abkühlt. In dieser Ausführung führt eine solche Abkühlung weitgehend aus der von dem heißen Werkstück abgegebenen Schwarzköperwärmestrahlung, jedoch teilweise auch von Gasen und mit begleitender Konvektion von Gasen (falls vorhanden) in der Nähe des Werkstücks. Die Rate einer solchen Hauptkörperabkühlung hängt strikt von der Temperatur sowie von anderen Faktoren wie z. B. der Absorptions- und Reflektionsfähigkeit der Kammer ab. In dieser Ausführung beginnt die Phase der Hauptkörperabkühlung zunächst mit einer Abfallsrate von ungefähr mit –180°C, obwohl diese Rate bei Abkühlung des Werkstücks etwas sinkt. Vorteilhafterweise erlauben die strahlungsabsorbierenden Eigenschaften des Systems zum verstärkten Kühlen 47 und die Strahlungsabsorptionskammer 48 höhere Hauptkörperkühlraten als konventionelle Reflektionskammern. Wie oben bereits im Zusammenhang mit besprochen, sind zusätzliche Mittel zur kontrollierten Abkühlung des Werkstücks 34 von der Zwischentemperatur vorgesehen. Während die Wärmeflusserhitzung bei Deaktivierung der Blitzlampe 68 aufhört und die schnelle Abkühlung der zweiten Seite 46 von der Solltemperatur auf die Zwischentemperatur während der Oberflächenabkühlungsphase 136 wie oben besprochen stattfindet, kommt es ohne Unterstützung nicht zu einer schnellen Abkühlung von der Zwischentemperatur auf die Raumtemperatur (oder auf eine Temperatur unterhalb der Zwischentemperatur, bei der das Werkstück aus dem System entfernt wird). Die Wärmeeinwirkung kann unerwünscht lange dauern, wenn das Werkstück für längere Zeiträume (z. B. 0,3 Sekunden oder länger) bei oder nahe der Zwischentemperatur bleibt. Die wassergekühlten Wände 50, 52, 54 und 56 der strahlungsabsorbierenden Kammer 48 und die zu der Heizvorrichtung 36 und der Vorheizvorrichtung 32 gehörigen gekühlten Fenster 71 und 65, absorbieren die von dem Werkstück ausgehende Strahlung mit Wellenlängen von 1,4 μm oder darüber. Für das Beispiel eines Siliziumhalbleiterwafers bedeutet dies etwa die Größenordnung von 95% der vom Werkstück abgegebenen Strahlung. Die strahlungsabsorbierende Kammer 48 und die gekühlten Fenster 71 und 65 kühlen also in ihrer Kombination das Werkstück ab, indem sie aus der strahlungsabsorbierenden Kammer 48 die von dem Werkstück ausgehende Strahlung beseitigen. Ein Beispiel für eine solche kontrollierte Abkühlung wird von der Flanke der Hauptkörperabkühlung 138 der Graphik in illustriert.
Obwohl oben zu Illustrationszwecken nur eine einzelne Wärmebehandlungsroutine 90 beschrieben wurde, kann alternativ dazu eine Vielzahl verschiedener Wärmebehandlungsroutinen in der Speichervorrichtung 76 gespeichert werden, um den Prozessorschaltkreis 72 anzuweisen, das System 30 dahingehend zu steuern, eine Vielzahl verschiedener entsprechender Wärmebehandlungszyklen für verschiedene Anwendungen auszuführen. So kann z. B. je nach besonderer Anwendung das Werkstück 34 für unterschiedlich lange Zeiten und/oder mit unterschiedlichen Temperatursteigerungsraten auf verschiedene Zwischentemperaturen vorgeheizt werden und die zweite Seite 46 des Werkstücks kann dann mit verschiedenen Energieniveaus für unterschiedliche Zeitspannen auf unterschiedlichen Solltemperaturen erhitzt werden.
Weitere Alternativen
Falls dies gewünscht wird, können ersatzweise andere Vorheiz- und Heizvorrichtungen als die Bogenlampe und die Blitzlampe verwendet werden.
und : In findet sich unter 200 die allgemeine Darstellung eines Systems zur Wärmebehandlung eines Werkstücks gemäß einer dritten Ausführung dieser Erfindung. In dieser Ausführung umfasst die Vorheizvorrichtung mindestens eine Fadenlampe. Somit umfasst in dieser Ausführung die Bestrahlung des Werkstücks die Exposition des Werkstücks an eine von zumindest einer Fadenlampe erzeugte elektromagnetische Strahlung. Genauer umfasst in dieser Ausführung die Vorheizvorrichtung 32 eine scheibenförmige Anordnung 202 von Wolframfadenlampen, die durch ein Quarzfenster 2004 elektromagnetische Strahlung auf die erste Seite 42 des Werkstücks 34 abgeben können, um das Werkstück auf die Zwischentemperatur zu erhitzen. Obwohl die Verwendung einer Bogenlampe zahlreiche Vorteile gegenüber einer Wolframfadenlampe hat, muss die tiefere Dotierstoffdiffusion, die sich tendenziell bei Wolframfadenlampen ergibt, nicht unbedingt für alle Anwendungen von entscheidendem Nachteil sind.
Als weiteres Beispiel umfasst, immer noch in den und , in dem alternativen System 200 in die Heizvorrichtung 36 eine adiabatische Energiequelle zur schnellen Erhitzung der Oberfläche 38 auf die Solltemperatur. Genauer, umfasst in dieser Ausführung die Heizvorrichtung einen Laser 206, wie z. B. einen Excimerlaser oder einen anderen geeigneten Laser, der die Oberfläche 38 durch Bewegung eines Laserstrahls 208 über die Oberfläche bestrahlen kann. Der Laser 206 kann einen schnellen Laserimpuls erzeugen, mit einer Dauer in der Größenordnung von Mikrosekunden oder Nanosekunden, um die Oberfläche 38 auf die Solltemperatur zu erhitzen. Obwohl der Laser 206 für Anwendungen ausreichen mag, bei denen erhöhte Beschädigung am Gitter des Werkstücks aufgrund thermischer Spannung nicht kritisch ist, wird darauf verwiesen, dass aus früher hier erörterten Gründen im Allgemeinen der in gezeigten Blitzlampe der Vorzug gegeben wird. Zu den , und : Unter 160 in findet sich die allgemeine Darstellung eines Systems zur Wärmebehandlung eines Werkstücks gemäß einer vierten Ausführung der Erfindung. In dieser Ausführung funktioniert eine einzige Bogenlampe 172 sowohl als Vorheizvorrichtung 32 als auch als Heizvorrichtung 36. Die Bogenlampe 162 ähnelt der in gezeigten Bogenlampe 62 und umfasst einen Reflektor 164 zur Schaffung eines im wesentlichen gleichförmigen Strahlungsfeldes zur Bestrahlung der zweiten Seite 46 des Werkstücks, welches in dieser Ausführung eine Geräteseite eines Siliziumhalbleiterwafers ist. Die Bogenlampe 162 umfasst jedoch weiterhin ein Energieversorgungssystem 166 ähnlich dem Energieversorgungssystem 69 der Blitzlampe 68 in . Das Energieversorgungssystem 166 umfasst eine gepulste Entladeeinheit ähnlich der des Energieversorgungssystems 69, das parallel zu einer regulären kontinuierlichen Stromversorgung (hier nicht gezeigt) der Bogenlampe 162 geschaltet ist.
Zu den , und : Die Bogenlampe 162 kann in einer ähnlichen Wese wie die Bogenlampe 62 in während der Phase des Hauptkörpervorheizens 132 in betrieben werden, und zwar entsprechend der Ausführung eines modifizierten Blocks 100 der Wärmebehandlungsroutine 90 durch den Prozessorschaltkreis. Wenn die Zwischentemperatur in dem Werkstück erreicht ist, weist ein modifizierter Block 110 den Prozessorschaltkreis 72 an, die reguläre kontinuierliche Stromversorgung zur Bogenlampe 162 abzuschalten und das Energieversorgungssystem 166 zu entladen, um so eine abrupte Energiespitze an die Bogenlampe 162 abzugeben, die einen Blitz ähnlicher Intensität und Dauer erzeugt wie der von der Blitzlampe 62 in erzeugte. Obwohl das in gezeigte System 160 kostengünstiger ist als das System 30 in , liefert das System 160 100% der Erhitzung des Werkstücks auf die zweite Seite 46 – in dieser Ausführung die Geräteseite – des Werkstücks. Da die Geräteseite viel inhomogener als die Substratseite (die erste Seite 42) des Werkstücks ist, tendiert die nicht gleichförmige Absorption durch die Geräte auf der Geräteseite dazu, größere seitliche Temperaturgradienten und entsprechende Schäden an dem Werkstückgitter aufgrund thermischer Spannungen zu erzeugen, als diejenigen, die bei Verwendung des Systems 30 auftreten würden. Diese Schwierigkeit dadurch kann etwas gemildert werden, dass das System 160 mit einer zusätzlichen Korrekturenergiequelle 168 ausgerüstet wird, die so zu positionieren ist, dass sie zusätzliche Wärme auf kühlere Bereiche der Geräteseite abgibt; diese Korrekturenergiequelle wird auf ähnliche Weise wie die Korrekturenergiequelle 66 in betrieben.
Zu den und : In dieser Ausführung erstreckt sich zwecks Isolierung der Bogenlampe vom Werkstück ein gekühltes Fenster 170 zwischen den Kammerwänden und umfasst die in einem gewissen Abstand voneinander angebrachten optisch transparenten Fenster 172 und 174, vorzugsweise aus Quarz gefertigt, zwischen denen ein Flüssigkeitskanal 176 verläuft. Die optisch transparenten Fenster besitzen vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 3 bis 10 mm und stehen ungefähr 2 bis 5, vorzugsweise 3 mm auseinander. Eine Kühlflüssigkeit, vorzugsweise eine Flüssigkeit wie Wasser, wird durch den Flüssigkeitskanal 176 gepumpt. Das gekühlte Fester 170 überträgt bei Durchpumpen von Wasser durch den Flüssigkeitskanal 176 sichtbare Strahlung (durch Wellenlinien 175 dargestellt) von der Bogenlampe 162 auf das Werkstück, absorbiert jedoch Infrarotstrahlung mit Wellenlängen von mehr als 1,4 μm, die vom Werkstück abgegeben wird (dargestellt durch Wellenlinien 178). Durch Absorption von Strahlung mit Wellenlängen, die vom Werkstück abgestrahlt wird, fördert das gekühlte Fenster 170 aktiv die Werkstückabkühlung und reduziert oder eliminiert Rückreflektionen der von dem Werkstück ausgehenden Strahlung auf es selbst. Dieses System 160 bietet eine größere Steuerung und maximiert die Kühlung des Werkstücks. Sofern dies gewünscht wird, kann jedoch alternativ dazu das Fenster 170 entfallen oder durch andere geeignete Fenstertypen ersetzt werden.
Zu den und : Es sind weitere Varianten in der Beschaffenheit, Positionierung und den Kombinationen der Vorheiz- und Heizvorrichtungen 32 und 36 möglich. So können zum Beispiel andere Laser als Excimerlaser anstatt der Blitzlampe 68 als Heizvorrichtung 36 benutzt werden. Oder es können unterschiedliche Arten von Anordnungen von Wolframfadenlampen, wie eine Anordnung von Wolframfadenlampen, anstatt der Bogenlampe 62 als Vorheizvorrichtung 32 verwendet werden.
Zu den , und : In findet sich unter 220 als weitere Alternative die allgemeine Darstellung eines Systems zur Wärmebehandlung eines Werkstücks gemäß einer fünften Ausführung der Erfindung. In dieser Ausführung umfasst die Vorheizvorrichtung 32 einen strahlend heißen Körper 22, der zum Vorheizen des Werkstücks auf die Zwischentemperatur zu platzieren ist. In dieser Ausführung handelt es sich bei dem heißen Körper 222 um Quarz, das bis auf ungefähr die Zwischentemperatur erhitzt wurde. Alternativ dazu lassen sich stattdessen andere Materialien wie z. B. Siliziumkarbide, Silizium, feuerfestes Metall, Graphit oder eine Kombination derartiger Materialien verwenden. Der Heißkörper 222 wird in der strahlungsabsorbierenden Kammer 48 unter dem Werkstück 34 in unmittelbarer Nähe zu demselben positioniert und ist in der Lage, das Werkstück durch die Übertragung von Wärmestrahlung und auch durch Konvektion und Leitung durch eine dünne Gasschicht zwischen dem Heißkörper 222 und dem Werkstück 34 vorzuheizen. Im Anschluss an die Phasen des Hauptkörpervorheizens und der Oberflächenerhitzung 132 und 134 kann der Heizkörper effektiv „abgeschaltet” werden, indem das Werkstück vom Heißkörper entfernt wird, oder alternativ dadurch, dass der Heißkörper vom Werkstück entfernt wird. In dieser Ausführung wird dies durch einen motorisierten Mechanismus 224 erreicht, der das Werkstück 34 nach der Phase der Oberflächenerhitzung aus der strahlungsabsorbierenden Kammer 48 entfernt.
Zu den und : In dieser Ausführung erstreckt sich zwecks Isolierung der Heizvorrichtung 36 von der das Werkstück fassenden Kammer zwischen den Kammerwänden ein gekühltes Fenster 230. In dieser Ausführung umfasst das gekühlte Fenster 230 die in einem gewissen Abstand voneinander angebrachten optisch transparenten Fenster 232 und 234, vorzugsweise aus Quarz gefertigt, zwischen denen ein Flüssigkeitskanal 236 verläuft. Die optisch transparenten Fenster besitzen vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 3 bis 10 mm und stehen ungefähr 2 bis 5, vorzugsweise 3 mm auseinander. Eine Kühlflüssigkeit, vorzugsweise eine Flüssigkeit wie Wasser, wird durch den Flüssigkeitskanal 236 gepumpt. Das gekühlte Fester 230 überträgt bei Durchpumpen von Wasser durch den Flüssigkeitskanal 236 sichtbare Strahlung (durch Wellenlinien 235 dargestellt) von der Lampe der Heizvorrichtung 36 auf das Werkstück, absorbiert jedoch Infrarotstrahlung mit Wellenlängen von mehr als 1,4 μm, die vom Werkstück abgegeben wird (dargestellt durch Wellenlinien 238). Durch Absorption von Strahlung mit Wellenlängen, die vom Werkstück abgestrahlt wird, fördert das gekühlte Fenster 230 aktiv die Werkstückabkühlung und reduziert oder eliminiert Rückreflektionen der von dem Werkstück ausgehenden Strahlung auf es selbst. Dieses System 220 bietet eine größere Steuerung und maximiert die Kühlung des Werkstücks. Sofern dies gewünscht wird, kann jedoch alternativ dazu das Fenster 230 entfallen oder durch andere geeignete Fenstertypen ersetzt werden. Falls getrennte Vorheiz- und Heizvorrichtungen vorgesehen sind, müssen sich die Vorheiz- und Heizvorrichtungen nicht an den gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks befinden: Falls gewünscht, kann zum Beispiel die Vorheizvorrichtung wie eine lineare Anordnung von Wolframlampen und eine Heizvorrichtung wie der Laser beide über der Oberfläche 38 des Werkstücks positioniert werden, um die zweite oder Geräteseite 46 des Werkstücks zu bestrahlen (Obwohl, wie angemerkt, die Beaufschlagung von 100% der Vorheiz- und Heizenergie auf die Geräteseite tendenziell größere Temperaturgradienten und größere Schäden aufgrund thermischer Spannung erzeugen).
Zu : Unter 300 findet sich die allgemeine Wiedergabe einer Vorrichtung zur Erwärmung eines Werkstücks gemäß einer sechsten Ausführung der Erfindung. In dieser Ausführung handelt es sich bei dem Werkstück um einen Halbleiterwafer und die Vorrichtung 300 umfasst eine Kammer zur Aufnahme des Halbleiterwafer, wobei die Kammer eine oder mehrere Wände mit einer strahlungsabsorbierenden Oberfläche besitzt. Genauer, in dieser Ausführung umfasst die Kammer der Vorrichtung 300 axial gefluchtete Reflektionskammern 302 und 304, die durch eine das Werkstück fassende Kammer 306 getrennt sind. Jede Reflektionskammer 302, 304 besitzt vier Seitenwände, deren Innenflächen mit einer reflektierenden Beschichtung 308, 310 überzogen sind, und die Strahlung in den Wellenlängenbereichen reflektieren, die von Bogenlampenquellen und vom Werkstück ausgehen. Die Seitenwände sind zu der das Werkstück fassenden Kammer 306 hin leicht einwärts geneigt, um einen Verjüngungswinkel von ungefähr 2 bis 6 Grad, vorzugsweise 4 Grad, relativ zur Senkrechten zu bilden. Anders als die Kammerwände 50, 52, 54 und 56 der strahlungsabsorbierenden Kammer 48 in den vorigen Ausführungen (d. h. n ) sind die Seitenwände der Kammern 302, 304 in dieser sechsten Ausführung reflektierend und brauchen nicht wassergekühlt werden.
In der das Werkstück fassenden Kammer 306 wird das Werkstück 320 an seinen Außenrändern auf einem Halterungsring 322 gehalten. Alternativ dazu könnte das Werkstück von Stiften oder anderen geeigneten Mitteln gehalten werden. Wie in gezeigt, handelt es sich bei dem Werkstück 320 um einen Halbleiterwafer. Wie mit dem Pfeil 312 angedeutet, wird das Werkstück 320 im Allgemeinen senkrecht zur Achse der Kammer 302, 304 in die das Werkstück fassende Kammer 306 geladen und von dort entnommen. Die das Werkstück fassende Kammer ist gegenüber den Kammer 302, 304 vorzugsweise durch optisch transparente Fenster 314, 316 versiegelt, obwohl derartige Fenster nicht erforderlich sind. In die das Werkstück fassende Kammer können Prozessgase und/oder inerte Gase durch Zuführungen (hier nicht gezeigt) eingeleitet werden. Für Halbleiterwafer-Glühprozesse werden üblicherweise solche Gase wie Argon, Stickstoff, NH3, N2O und NO und Mischungen dieser Gase oder Mischungen eines oder mehrerer dieser Gase mit Sauerstoff in die Kammer 306 eingeleitet. Das Glühen kann auch in einem Vakuum vorgenommen werden.
Jeweils angrenzend an die Reflektionskammer 302 und 302 sind oben und unten an der Vorrichtung Bogenlampen 324, 326 und zugehörige Reflektorgruppen 328, 330 vorgesehen. Die Reflektorgruppen bestehen aus einer Reihe von flachen Segmenten, die ein Mulde bilden, um so mit einer jeden Bogenlampe zur Erzeugung eines allgemein gleichförmigen Strahlungsfeldes zusammenzuwirken. Beispiel solcher Reflektoren werden von Vortek Industries Ltd., Vancouver, Kanada hergestellt. Jede Bogenlampe 324, 326 ist in einem Brennpunkt ihres zugehörigen Reflektors 328 bzw. 330 positioniert. Jede Bogenlampe 324, 326 und ihre zugehörige Reflektorgruppe 328, 330 sind so positioniert, dass sie eine Seite des Werkstücks 330 mit einem allgemein gleichförmigen Strahlungsfeld bestrahlen. Wie in gezeigt, wirkt die Strahlungsenergie von Bogenlampe 324 oben auf die Oberfläche des Werkstücks 330. Die Reflektoren 328, 330 leiten die Strahlungsenergie ohne wesentliche Reflektion dieser Strahlung an den reflektierenden Wänden der Kammern 302, 304 auf das Werkstück. Optisch transparente Fenster 332, 334 sind vorgesehen, um die Bogenlampen 324, 326 weiter von den Kammern 302, 304 zu isolieren. Die Bogenlampen werden von einer Flüssigkeit gekühlt, die durch die Kühlkanäle 336, 338 in einem jedem Kolbengehäuse geführt wird.
Die Bogenlampen 324, 326 und die zugehörigen Reflektorgruppen 328, 330 sind jeweils von der angrenzenden Kammer 302, 304 durch gekühlte Fenster 340, 342 getrennt. Eine jedes der gekühlten Fester 340, 342 umfasst zwei optisch transparente Scheiben 344, 346 und 354, 356, in einem gewissen Abstand von einander, wobei in diesem Zwischenabstand ein oder mehrere Kanäle 348 und 258 definiert sind, durch welche/n eine Kühlflüssigkeit wie eine Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser fließt. Die Kühlflüssigkeit fließt wie mit den Pfeilen 350 angedeutet. in die Zwischendurchgänge und wie mit den Pfeilen 360 angedeutet aus den Durchgängen heraus. Die Scheiben bestehen vorzugsweise aus Quarz, besitzen eine Dicke im Bereich von 2 bis 10 mm und befinden sich in einem Abstand von ungefähr 2 mm bis 5 mm, vorzugsweise 3 mm von einander.
Die gekühlten Fenster 340, 342 dienen konkurrierenden Zwecken. Erstens übertragen sie leicht sichtbare und beinahe sichtbare Strahlung, die von den Bogenlampen zur Erhitzung des Werkstücks abgegeben wird (allgemein mit Wellenlängen im Bereich von 0,2 bis 1,4 μm), ohne die Effizienz der Erhitzung wesentlich zu beeinträchtigen oder zu mindern. Zweitens beseitigen sie aktiv vom Werkstück ausgehende länger wellige Strahlung (allgemein mit Wellenlängen von 1,4 μm und darüber) aus der Kammer und verhindern damit, das reflektierte Strahlung zum Werkstück zurückkehrt, was der kontrollierten Abkühlung des Werkstücks von der Zwischentemperatur auf Raumtemperatur oder auf eine Temperatur unterhalb der Zwischentemperatur dient, bei der das Werkstück aus der das Werkstück fassenden. Kammer nach der Bearbeitung entfernt werden kann. Vorherige Erhitzungsverfahren in reflektierenden Hohlräumen ohne gekühlte Fenster verfügten über keine Mittel zur kontrollierten Abkühlung des Werkstücks und zur Verhinderung exzessiver Exposition an Wärme bei der Zwischentemperatur oder höheren Temperaturen. Mit den gekühlten Fenstern 340, 342 der in gezeigten Ausführung wird das Werkstück, wie z. B. ein Siliziumhalbleiterwafer, mit Abfallsraten im Bereich von 100°C bis 200°C pro Sekunde, vorzugsweise von 180°C pro Sekunde und mehr abgekühlt. Dem stehen Abkühlungsraten von ungefähr 90°C pro Sekunden für Reflektionskammern ohne wassergekühlte Fenster gegenüber.
Es lassen sich andere Kombinationen oder Permutationen der oben erwähnten Vorheiz- und Heizvorrichtungen oder dazu äquivalente Vorrichten vorsehen. So kann zum Beispiel eine Bogenlampe als Vorheizvorrichtung und ein Laser als Heizvorrichtung eingesetzt werden oder eine Wolframfadenlampe als Vorheizvorrichtung und eine Blitzlampe als Heizvorrichtung einsetzen. Diese und andere solche Varianten ergeben sich bei Durchsicht dieser Spezifikation für jemanden mit Fachkenntnis als ganz offensichtlich und gelten nicht als Abweichung vom Geltungsbereich der sie begleitenden Patentansprüche.
Allgemeiner gilt, dass, während spezifische Ausführungen der Erfindung beschrieben und veranschaulicht sind, sollten derartige Ausführungen nur als Illustration der Erfindung und nicht als Einschränkung der begleitenden Patentansprüche aufgefasst werden.

Claims

Ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Werkstücks, wobei das Verfahren umfasst: a) Vorheizen des Werkstücks auf eine Zwischentemperatur; b) Erhitzen einer gesamten Oberfläche des Werkstücks auf eine Solltemperatur höher als die Zwischentemperatur innerhalb einer Zeitdauer, die kleiner ist, als eine Wärmeleitzeit (thermal conduction time) des Werkstücks, wobei das Erhitzen die Bestrahlung des Werkstücks mit von einer Blitzlampe erzeugten elektromagnetischen Strahlung beinhaltet; und c) verstärktes Kühlen des Werkstücks.
Das Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei das verstärkte Kühlen die Absorption der von dem Werkstück abgegebenen Wärmestrahlung beinhaltet.
Das Verfahren nach Patentanspruch 2, wobei Absorption die Absorption der Strahlung an einer strahlungsabsorbierenden Oberfläche beinhaltet.
Das Verfahren nach Patentanspruch 2, wobei Absorption die Absorption der Strahlung an einer Wand einer strahlungsabsorbierenden Kammer beinhaltet.
Das Verfahren nach Patentanspruch 2, wobei Absorption die Absorption der von dem Werkstück abgegebenen Wärmestrahlung in einem Selektivfiltersystem beinhaltet, welches gestaltet ist, um die von dem Werkstück abgegebene Wärmestrahlung selektiv zu absorbieren und zum Erhitzen des Werkstücks verwendete elektromagnetische Strahlung zu übertragen.
Das Verfahren nach Patentanspruch 5, wobei das Vorheizen des Werkstücks die Übertragung der von einer Strahlungsquelle erzeugten Strahlung durch eine Filtervorrichtung des Selektivfiltersystems auf das Werkstück beinhaltet.
Das Verfahren nach Patentanspruch 6, wobei die Übertragung die Übertragung der Strahlung auf eine zweite Oberfläche des Werkstückes beinhaltet.
Das Verfahren nach Patentanspruch 5, wobei das Erhitzen der Oberfläche des Werkstücks die Übertragung der von einer Strahlungsquelle erzeugten Strahlung durch eine Filtervorrichtung des Selektivfiltersystems auf das Werkstück beinhaltet.
Das Verfahren nach Patentanspruch 5 einschließlich weiterhin der Kühlung des Selektivfiltersystems.
Das Verfahren nach Patentanspruch 9, wobei die Kühlung des Selektivfiltersystems das Leiten einer Flüssigkeit über eine Oberfläche eines Fensters des Selektivfiltersystems beinhaltet.
Das Verfahren nach Patentanspruch 9, wobei die Kühlung des Selektivfiltersystems das Leiten einer Flüssigkeit in einen Raum beinhaltet, der zwischen dem ersten und dem zweiten Fenster des Selektivfiltersystems definiert ist, die sich in einem gewissen Abstand voneinander befinden.
Das Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei das Erhitzen der Oberfläche die schnelle Erhitzung der Oberfläche auf die Solltemperatur durch Aktivierung einer Wärmeflussquelle oder einer Quelle adiabatischer Energie erfolgt.
Das Verfahren nach Patentanspruch 12 einschließlich der Deaktivierung der Wärmeflussquelle oder der Quelle adiabatischer Energie.
Das Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei das Vorheizen des Werkstücks auf die Zwischentemperatur das Vorheizen des Werkstücks auf eine Temperatur im Bereich von 600°C bis 1250°C beinhaltet.
Das Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei das Erhitzen der Oberfläche des Werkstücks auf die Solltemperatur das Heizen der Oberfläche des Werkstücks auf eine Temperatur im Bereich von 1050°C bis 1430°C beinhaltet.
Das Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei das Vorheizen das Vorheizen des Werkstücks für einen Zeitraum größer als die Wärmeleitzeit des Werkstücks beinhaltet.
Das Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei das Erhitzen den Beginn besagter Erhitzung unmittelbar dann, wenn das Werkstück die Zwischentemperatur erreicht, beinhaltet.
Das Verfahren nach Patentanspruch 17, wobei der Beginn den Beginn besagten Erhitzens innerhalb eines Intervalls im Anschluss an das Erreichen des Werkstücks der Zwischentemperatur beinhaltet, wobei das Intervall eine Dauer von weniger oder gleich der Wärmeleitzeit des Werkstücks besitzt.
Das Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei es sich bei dem Werkstück um einen Halbleiterwafer handelt.
Das Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei das Vorheizen das Vorheizen des Werkstücks mit einer (Temperatursteigerungs-)Rate von mindestens 100°C pro Sekunde beinhaltet.
Das Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei das Vorheizen die Bestrahlung des Werkstücks mit von einer Bogenlampe erzeugter elektromagnetischen Strahlung beinhaltet.
Das Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei das verstärkte Kühlen beinhaltet, dem Werkstück eine Abkühlung mit einer (Temperaturabfall-)Rate von mindestens 100°C pro Sekunde zu ermöglichen.
Ein System zur Wärmebehandlung eines Werkstücks, wobei das System umfasst: a) ein Vorheizvorrichtung, die in der Lage ist, das Werkstück auf eine Zwischentemperatur vorzuheizen; b) eine Heizvorrichtung, die in der Lage ist, eine gesamte Oberfläche des Werkstücks auf eine Solltemperatur höher als die Zwischentemperatur zu erhitzen innerhalb einer Zeitdauer, die kleiner ist, als die Wärmeleitzeit (thermal conduction time) des Werkstücks, wobei die Heizvorrichtung eine Blitzlampe umfasst, die in der Lage ist, das Werkstück mit elektromagnetischer Strahlung zu bestrahlen; c) ein System zur verstärkten Kühlung des Werkstücks auf eine Temperatur unter der Zwischentemperatur.
Das System nach Patentanspruch 23, wobei besagtes System zur verstärkten Kühlung ein Absorptionssystem beinhaltet, das in der Lage ist, vom Werkstück abgegebene Wärmestrahlung zu absorbieren.
Das System nach Patentanspruch 24, wobei besagtes Absorptionssystem eine strahlungsabsorbierende Oberfläche beinhaltet.
Das System nach Patentanspruch 25, wobei besagte strahlungsabsorbierende Oberfläche eine Wand einer strahlungsabsorbierenden Kammer beinhaltet.
Das System nach Patentanspruch 24, wobei besagtes Absorptionssystem ein Selektivfiltersystem beinhaltet, welches gestaltet ist, um die von dem Werkstück abgegebene Wärmestrahlung selektiv zu absorbieren und zum Erhitzen des Werkstücks verwendete elektromagnetische Strahlung zu übertragen.
Das System nach Patentanspruch 27, wobei besagtes Selektivfiltersystem eine Filtervorrichtung beinhaltet, die zwischen besagte Vorheizvorrichtung und dem Werkstück angebracht und so konfiguriert ist, dass sie die von der besagten Vorheizvorrichtung erzeugte Strahlung auf das Werkstück überträgt.
Das System nach Patentanspruch 28, wobei besagte Filtervorrichtung so konfiguriert ist, dass sie die Strahlung auf eine zweite Oberfläche des Werkstücks überträgt.
Das System nach Patentanspruch 27, wobei besagtes Selektivfiltersystem eine Filtervorrichtung beinhaltet, die zwischen besagte Heizvorrichtung und dem Werkstück angebracht und so konfiguriert ist, dass sie die von der besagten Heizvorrichtung erzeugte Strahlung auf die Oberfläche des Werkstücks überträgt.
Das System nach Patentanspruch 27 einschließlich ferner eines Kühlsubsystems zur Kühlung besagten Selektivfiltersystems.
Das System nach Patentanspruch 31, wobei besagtes Selektivfiltersystem mindestens ein Fenster beinhaltet und wobei besagtes Kühlsubsystem ein Flüssigkeitskühlsubsystem zur Leitung einer Flüssigkeit über eine Oberfläche besagten Fensters umfasst.
Das System nach Patentanspruch 31, wobei besagtes Selektivfiltersystem ein erstes und ein davon in einem gewissen Abstand befindliches zweites Fenster umfasst und wobei besagtes Kühlsubsystem ein Flüssigkeitskühlsubsystem umfasst, das eine Flüssigkeit in einen zwischen den besagten Fenstern definierten Raum leitet.
Das System nach Patentanspruch 23, wobei die Heizvorrichtung eine Wärmeflussquelle oder Quelle adiabatischer Energie umfasst, die die Oberfläche auf die Solltemperatur erhitzen kann.
Das System nach Patentanspruch 23, wobei besagte Vorheizvorrichtung in der Lage ist, das Werkstück auf eine Temperatur im Bereich von 600°C bis 1250°C vorzuheizen.
Das System nach Patentanspruch 23, wobei besagte Heizvorrichtung in der Lage ist, die Oberfläche auf eine Temperatur im Bereich von 1050°C bis 1430°C vorzuheizen.
Das System nach Patentanspruch 23, wobei besagte Vorheizvorrichtung in der Lage ist, das Werkstück für einen Zeitraum größer als die Wärmeleitzeit des Werkstücks vorzuheizen.
Das System nach Patentanspruch 23, wobei besagte Heizvorrichtung in der Lage ist, im Wesentlichen dann mit der Erhitzung der Oberfläche zu beginnen, wenn das Werkstück die Zwischentemperatur erreicht.
Das System nach Patentanspruch 38, wobei besagte Heizvorrichtung in der Lage ist, in einem Intervall mit der Erhitzung der Oberfläche zu beginnen, das auf das Erreichen der Zwischentemperatur durch das Werkstück folgt, wobei das Intervall eine Dauer größer oder gleich der Wärmeleitzeit des Werkstücks hat.
Das System nach Patentanspruch 23, wobei es sich bei dem Werkstück um einen Halbleiterwafer handelt.
Das System nach Patentanspruch 23, wobei besagte Vorheizvorrichtung in der Lage ist, das Werkstück mit einer Steigerungsrate von mindestens 100°C pro Sekunde vorzuheizen.
Das System nach Patentanspruch 23, wobei besagte Vorheizvorrichtung eine Bogenlampe umfasst, die in der Lage ist, das Werkstück mit elektromagnetischer Strahlung zu bestrahlen.
Das System nach Patentanspruch 23, wobei besagtes System zur verstärkten Kühlung dem Werkstück die Abkühlung mit einer Rate von mindestens ungefähr 100°C pro Sekunde erlaubt.
Das System nach Patentanspruch 23, wobei das Werkstück einen Halbleiterwafer umfasst, und wobei: die Vorheizvorrichtung eine erste Heizquelle zum Erhitzen einer ersten Oberfläche des Halbleiterwafers umfasst; die Heizvorrichtung eine zweite Heizquelle zum Erhitzen einer zweiten Oberfläche des Halbleiterwafers umfasst und das System zur verstärkten Kühlung ein erstes gekühltes Fenster umfasst, das zwischen der ersten Heizquelle und dem Halbleiterwafer angebracht ist.
Das System nach Patentanspruch 44, wobei das erste gekühlte Fenster eine erste optisch transparente Scheibe umfasst, die von einer Kühlflüssigkeit gekühlt wird.
Das System nach Patentanspruch 45, wobei das erste gekühlte Fenster eine zweite optisch transparente Scheibe umfasst, die von der ersten optisch transparenten Scheibe getrennt ist, um so einen Gang zu definieren, durch den die Kühlflüssigkeit fließen kann.
Das System nach Patentanspruch 45, wobei es sich bei der Kühlflüssigkeit um Wasser handelt.
Das System nach Patentanspruch 45, wobei die erste optisch transparente Scheibe aus Quarz besteht.
Das System nach Patentanspruch 46, wobei die zweite optisch transparente Scheibe aus Quarz besteht.
Das System nach Patentanspruch 44 einschließlich weiter eines zweiten gekühlten Fensters, das zwischen der zweiten Heizquelle und dem Halbleiterwafer angeordnet ist.
Das System nach Patentanspruch 44, wobei das erste gekühlte Fenster die von dem Halbleiterwafer abgegebene Wärmestrahlung absorbiert.
Das System nach Patentanspruch 51, wobei das erste gekühlte Fenster Strahlung absorbiert, um den Halbleiterwafer mit einer Rate von mindestens 100° pro Sekunde kontrolliert abzukühlen.
Das System nach Patentanspruch 50, wobei das zweite gekühlte Fenster Strahlung absorbiert, um den Halbleiterwafer mit einer Rate von mindestens 100° pro Sekunde kontrolliert abzukühlen.
Das System nach Patentanspruch 44, wobei die erste Heizquelle eine Bogenlampe umfasst.
Das System nach Patentanspruch 44, wobei die zweite Heizquelle eine Bogenlampe umfasst.
Das System nach Patentanspruch 44, wobei die erste Heizquelle eine Wolframlampe oder eine Anordnung von Wolframlampen ist.
Das System nach Patentanspruch 44 einschließlich weiterhin einer Kammer zur Aufnahme des Halbleiterwafers, wobei besagte Kammer eine oder mehrere Wände mit einer strahlungsabsorbierenden Oberfläche besitzt.
Das System nach Patentanspruch 44 einschließlich weiterhin einer Kammer zur Aufnahme des Halbleiterwafers, wobei besagte Kammer eine oder mehrere Wände mit einer strahlungsreflektierenden Oberfläche besitzt.
Das System nach Patentanspruch 58, wobei besagte Kammerwände in einem Winkel von 2 bis 6 Grad relativ zur Senkrechten nach innen geneigt sind.