DE102005038672A1

DE102005038672A1 - Thermal treatment device for semiconductor substrates, uses reflection element with high reflection capability for radiation from heating device

Info

Publication number: DE102005038672A1
Application number: DE200510038672
Authority: DE
Inventors: Andreas Tillmann; Wilfried Dr. Lerch; Thomas Dr. Theiler
Original assignee: Mattson Thermal Products GmbH
Current assignee: Mattson Thermal Products GmbH
Priority date: 2005-08-16
Filing date: 2005-08-16
Publication date: 2007-02-22

Abstract

A device for rapid thermal treatment of semiconductor substrates (12) in a rapid heating system (1) has at least one heating device (6) for heating the semiconductor substrate (12) and at least one reflection element (4) for reflecting radiation emitted from the heating device (6) on to the semiconductor substrate during the heating process. The reflection element (4) has a high reflection capacity for the radiation emitted by the heating device (6)) and a low reflection capacity for the radiation given off from the heated semiconductor substrate (12).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Halbleitersubstraten in einem Schnellheizsystem.The The present invention relates to a device for thermal Treating semiconductor substrates in a rapid heating system.

Bei der Herstellung von elektronischen Bauelementen, wie Speicherchips, Mikroprozessoren, kundenspezifischen Schaltungsausführungen oder Logikbauelementen ist man auf sehr präzise und zuverlässig arbeitende Halbleiterfertigungsanlagen angewiesen. Das Endprodukt, in vielen Fällen ein Halbleiterbauelement, für dessen Herstellung oft mehrere hundert Einzelprozeßschritte erforderlich waren, soll elektrisch zuverlässig arbeiten und reproduzierbare elektrische und physikalische Eigenschaften aufweisen. Ausschuß ist möglichst zu vermeiden. Das Anforderungsprofil an solche Anlagen ist daher von der Industrie in sehr engen Grenzen genau vorgeschrieben.at the manufacture of electronic components, such as memory chips, Microprocessors, custom circuit designs or logic devices one is on very precise and reliable working Instructed semiconductor manufacturing plants. The end product, in many make a semiconductor device, for its manufacture often several hundred individual process steps were required to work electrically reliable and reproducible electrical and physical properties. Committee is possible to avoid. The requirement profile for such systems is therefore strictly prescribed by the industry within very narrow limits.

Schnellheizsyteme, auch RTP-Systeme genannt, sind als Halbleiterfertigungsanlagen z. B. aus US 5,359,693 oder US 5,580,830 bekannt. Sie werden zur thermischen Behandlung von Substraten, üblicherweise Wafern eingesetzt, die vorzugsweise aus Silizium bestehen, aber auch andere Halbleitermaterialien, wie Germanium, SiC oder andere Verbindungshalbleiter wie GaAs oder InP sein können. RTP-Systeme sind fester Bestandteil vieler Halbleiterfertigungsstraßen und müssen ein Halbleitersubstrat innerhalb einer vorgegebenen Zeitperiode exakt auf eine Zieltemperatur aufheizen, das Halbleitersubstrat für eine weitere vorgegebene Zeitdauer präzise auf dieser Temperatur halten, dabei eine hohe Temperaturhomogenität über dem gesamten Halbleitersubstrat gewährleisten, und schließlich das Substrat ebenfalls meist nach einer vorgegebenen Temperatur-Zeitkurve wieder abkühlen können.Schnellheizsyteme, also called RTP systems are known as semiconductor manufacturing plants z. B. off US 5,359,693 or US 5,580,830 known. They are used for the thermal treatment of substrates, usually wafers, which are preferably made of silicon, but may also be other semiconductor materials, such as germanium, SiC or other compound semiconductors, such as GaAs or InP. RTP systems are an integral part of many semiconductor fabrication lines and must heat a semiconductor substrate accurately to a target temperature within a given period of time, maintain the semiconductor substrate precisely at that temperature for another predetermined period of time, thereby ensuring high temperature homogeneity over the entire semiconductor substrate, and finally the substrate as well usually after a predetermined temperature-time curve can cool again.

Häufig muß das thermisch zu behandelnde Halbleitersubstrat sehr schnell aufgeheizt und ebenfalls sehr schnell wieder abgekühlt werden. Grund hierfür sind die zunehmend kleineren Strukturbreiten von Halbleiterbauelementen, welche immer dünnere Schichten mit exakten und scharf definierten p- und n-Dotierprofilen erforderlich machen. Diese Dotierprofile sollen auch nach einem thermischen Prozeß möglichst erhalten bleiben, denn es ist zu vermeiden, daß lokale Störstellen während des thermischen Prozesses in die benachbarten Halbleiterregionen diffundieren.Often this must be thermal to be treated semiconductor substrate heated very quickly and also cooled down again very quickly become. reason for this are the increasingly smaller feature sizes of semiconductor devices, which ever thinner layers required with exact and sharply defined p and n doping profiles do. These doping profiles should also be obtained as far as possible after a thermal process stay, because it is to be avoided that local impurities during the thermal process diffuse into the adjacent semiconductor regions.

Schnelle thermische Aufheiz- und Abkühlprozesse sind häufig als Ausheilprozesse nach einem Implantationsprozeß vorgesehen:
Bei der Implantierung des Halbleiterkristalls mit Dotieratomen wird dessen Kristallstruktur an der Oberfläche teilweise zerstört. Die Dotieratome belegen Zwischengitterplätze, verschieben die Positionen der Kristallgitteratome, schlagen einzelne Atome aus ihrem Kristallverband heraus und erzeugen so Löcher und Versetzungen im Kristallgitter. Die Eindringtiefe und damit das Maß der Zerstörung der Kristallstruktur ist stark von der Zeitdauer des Implantationsvorgangs und von der kinetischen Energie abhängig, mit welcher die Dotierstoffe auf den Kristall aufprallen. Der Bereich, in dem die Halbleiterkristallstruktur zerstört wird, muß nach der Implantierung wieder repariert werden. Dieser Vorgang wird durch eine Aufheizung des Halbleitersubstrats auf eine Temperatur in Gang gesetzt, die hinreichend hoch ist, um die Gitterschäden auszuheilen. Halbleiteratome und Dotieratome können dann Gitterplätze besetzen, und die ursprüngliche Kristallstruktur kann sich wieder aufbauen. Der Halbleiter wird damit elektrisch aktiviert. Beim thermischen Aufheizvorgang wird jedoch auch die Beweglichkeit der Dotieratome erhöht, welche nun beginnen, sich im Halbleiterkristall fortzubewegen und zu verteilen. Dieser Vorgang wird als Störstellendiffussion bezeichnet. Er setzt, meist abhängig vom Dotierstoff, bereits bei Temperaturen ein, die noch unterhalb der Temperatur liegen, bei der sich die ursprüngliche Halbleiterkristallstruktur wieder ausbildet. Um die geforderten Dotierprofile zu erhalten, ist es daher sehr wichtig, den Halbleiter unmittelbar nach erfolgter Aktivierung wieder hinreichend rasch abzukühlen, um den Diffusionsvorgang schnell zu beenden und so zu vermeiden, daß die Dotieratome zu weit aus ihren lokalen Bereichen ausdiffundieren und in andere Bereiche diffundieren.Fast thermal heating and cooling processes are often provided as annealing processes after an implantation process:
During implantation of the semiconductor crystal with doping atoms, its crystal structure at the surface is partially destroyed. The doping atoms occupy interstice sites, displace the positions of the crystal lattice atoms, knock out individual atoms from their crystal structure, thus creating holes and dislocations in the crystal lattice. The depth of penetration and thus the degree of destruction of the crystal structure is highly dependent on the duration of the implantation process and on the kinetic energy with which the dopants impinge on the crystal. The area where the semiconductor crystal structure is destroyed must be repaired after implantation. This process is initiated by heating the semiconductor substrate to a temperature sufficiently high to cure the lattice damage. Semiconductor atoms and dopant atoms can then occupy lattice sites, and the original crystal structure can rebuild. The semiconductor is thus electrically activated. In the thermal heating process, however, the mobility of the doping atoms is also increased, which now begin to move and distribute in the semiconductor crystal. This process is referred to as impurity diffusion. It usually starts, depending on the dopant, at temperatures that are still below the temperature at which the original semiconductor crystal structure re-forms. In order to obtain the required doping profiles, it is therefore very important to cool the semiconductor back sufficiently rapidly immediately after activation in order to quickly terminate the diffusion process and thus avoid the doping atoms from diffusing too far from their local areas and diffusing into other areas ,

Um schnelle thermische Aufheiz- und Abkühlverfahren möglichst gut und reproduzierbar zu realisieren, verwendet man Schnellheizsysteme, auch RTP-Systeme genannt. Dabei handelt es sich in den meisten Fällen um sogenannte Einzelscheibenprozeßanlagen, die auf Grund der geringeren thermischen Masse des thermisch zu bearbeitenden Materials schneller auf Änderungen in der Energiezufuhr reagieren können, als Mehrscheibenprozeßanlagen oder Batchsysteme. RTP-Systeme verwenden als Heizquelle meist Halogen- oder Bogenlampen, die auf Grund ihrer geringen Trägheit das thermisch zu behandelnde Substrat schnell aufheizen können. Dotierprofile mit einem steilem Abfall der Dotierkonzentration innerhalb einer schmalen Übergangszone zwischen benachbarten Dotierbereichen, sogenannte Ultrashallow Junctions, wie sie beispielsweise bei Logikbauelementen mit Strukturbreiten von weniger als 90 Nanometern benötigt werden, können damit realisiert werden.Around fast thermal heating and cooling as possible to realize good and reproducible, one uses Schnellheizsysteme, too Called RTP systems. These are in most cases around so-called single-disk process equipment, due to the lower thermal mass of the thermally too materials react faster to changes in energy input than Multi-slice process plants or Batch systems. RTP systems use mostly halogen or arc lamps, due to their low inertia the thermally treated substrate can heat up quickly. doping with a steep drop in doping concentration within one narrow transition zone between adjacent doping regions, so-called ultrashallow junctions, as for example in logic devices with structure widths Less than 90 nanometers can be realized with it become.

Aufheizvorgänge können in geeigneten Schnellheizsystemen nahezu beliebig schnell durchgeführt werden, wenn man beispielsweise schnell zündende, leistungsstarke Bogenlampen oder schnell reagierende leistungsstarke Halogenlampen mit dünnen Filamenten und einer hohen maximalen Farbtemperatur verwendet. Im Vergleich zu thermischen Systemen, die mit Widerstandselementen, oder mit Halogenlampen mit zwar gleicher Leistung, aber dafür dicken Filamenten und entsprechend niedrigerer maximaler Farbtemperatur heizen, weisen die genannten Schnellheizsysteme eine geringere thermische Trägheit während des Aufheizvorgangs auf und erhitzen das Halbleitersubstrat damit schneller.Heating processes can be carried out almost arbitrarily fast in suitable rapid heating systems, if, for example, fast-firing, powerful arc lamps or fast-reacting high-performance halogen lamps used with thin filaments and a high maximum color temperature. In comparison to thermal systems which heat with resistance elements, or with halogen lamps with the same power, but thick filaments and correspondingly lower maximum color temperature, said rapid heating systems have a lower thermal inertia during the heating process and heat the semiconductor substrate faster.

Im Vergleich zur Aufheizung bereitet die schnelle Abkühlung eines aufgeheizten Halbleitersubstrats erheblich größere Schwierigkeiten, da es sich dabei meist um einen aktiv nur schwer zu unterstützenden thermischen Relaxationsvorgang handelt, welcher in einem geschlossenen System stattfindet.in the Compared to the heating prepares the rapid cooling of a heated semiconductor substrate significantly greater difficulties, since it is usually an active only difficult to support thermal relaxation process which takes place in a closed system.

Um die Abkühlzeiten zu verkürzen, wurden bislang verschiedene Vorrichtungen und Verfahren vorgeschlagen und ausprobiert. Ein derartiges Verfahren wird in der EP 821085 beschrieben. Dort wird das aufgeheizte Halbleitersubstrat mit einer Gasdusche abgekühlt. Dabei wird zwischen der Lampenquarzplatte und dem Substrat eine weitere Quarzglasplatte eingefügt, welche eine Vielzahl kleiner Löcher aufweist, durch die ein zwischen den beiden Quarzglasplatten eingeleitetes Kühlgas auf das Halbleitersubstrat geblasen werden kann. Diese Anordnung hat, obwohl sie eine sehr effektive und schnelle Kühlung des Halbleitersubstrats gewährleistet, doch eine Reihe gravierender Nachteile. Zum einen bilden sich die Löcher in der Quarzplatte, durch welche das Kühlgas strömt, auf dem Halbleitersubstrat ab, denn die Lampenstrahlung, welche das Halbleitersubstrat erhitzt, muß die gelochte Quarzplatte passieren, um auf das Substrat zu gelangen, und wird an den Löchern gestreut. Zum anderen begünstigen bestimmte thermische Prozesse die Abscheidung von Material auf einer kälteren Oberfläche. Da die gelochte Quarzplatte in der Nähe der Löcher vermutlich eine andere Temperatur aufweist, als zwischen den Löchern, besteht die Gefahr der inhomogenen Abscheidung von Material auf der Oberfläche der Quarzglasplatte und damit die Gefahr der Abbildung dieser inhomogenen Abscheidung durch Abschattungseffekte während des Aufheizvorgangs auf das Halbleitersubstrat. Setzt anschließend die Kühlung durch das Kühlgas ein, können Oberflächensegmente auf dem Halbleitersubstrat, die direkt unter einer Kühlbohrung liegen, stärker abgekühlt werden, als andere Oberflächensegmente, was das Auftreten weiterer unerwünschter Abbildungseffekte auf dem Halbleitersubstrat begünstigt. Darüberhinaus besteht die Gefahr, daß durch die Gasdusche Partikel auf den Wafer geblasen werden, welche auch noch die Gesamtausbeute an Halbleiterbauelementen verringern.In order to shorten the cooling times, various devices and methods have hitherto been proposed and tried. Such a method is described in EP 821085 described. There, the heated semiconductor substrate is cooled with a gas shower. In this case, a further quartz glass plate is inserted between the lamp quartz plate and the substrate, which has a plurality of small holes through which a cooling gas introduced between the two quartz glass plates can be blown onto the semiconductor substrate. This arrangement, although it ensures a very effective and rapid cooling of the semiconductor substrate, but a number of serious disadvantages. Firstly, the holes in the quartz plate through which the cooling gas flows are deposited on the semiconductor substrate, because the lamp radiation which heats the semiconductor substrate must pass through the perforated quartz plate to reach the substrate and is scattered at the holes. On the other hand, certain thermal processes favor the deposition of material on a colder surface. Since the perforated quartz plate probably has a different temperature in the vicinity of the holes than between the holes, there is the risk of inhomogeneous deposition of material on the surface of the quartz glass plate and thus the risk of imaging this inhomogeneous deposition by shading effects during the heating process on the semiconductor substrate , Subsequently, when cooling by the cooling gas occurs, surface segments on the semiconductor substrate lying directly under a cooling bore can be cooled more sharply than other surface segments, which promotes the occurrence of further undesired imaging effects on the semiconductor substrate. Moreover, there is the danger that particles are blown onto the wafer by the gas shower, which also reduce the overall yield of semiconductor components.

Der dominante Kühlmechanismus eines aufgeheizten Substrates bei höheren Temperaturen ist die Wärmeabgabe durch Strahlung. Wenn sich ein Halbleitersubstrat in einer hochreflektiven Kammer befindet, wird ein großer Teil seiner eigenen Wärmestrahlung beim Abkühlvorgang wieder auf das Halbleitersubstrat zurückreflektiert und von diesem aufgenommen. Dadurch verlangsamt sich die Abkühlung.Of the dominant cooling mechanism a heated substrate at higher temperatures is the heat by radiation. When a semiconductor substrate in a highly reflective Chamber is a big one Part of his own heat radiation during the cooling process again reflected back to the semiconductor substrate and from this added. This slows down the cooling process.

Eine Lösung dieses Problems wird in der DE 4142466 vorgeschlagen. Hier wird eine Vorrichtung und ein Verfahren vorgestellt zum Kurzzeittempern einer Halbleiterscheibe mittels einer Bestrahlungsanordnung und einer Prozeßkammer mit reflektierenden Oberflächen, die so ausgebildet sind, daß ihre Reflektivität am Ende der Temperung durch mechanische Mittel verringert werden kann. Im genannten Beispiel bestehen die reflektierenden Oberflächen, bzw. Reflektoren aus einer Reihe hochreflektierender Lamellen, die nach dem Aufheizvorgang um Achsen, die durch sie hindurch gehen können, gedreht werden, so daß die Abkühlung beschleunigt erfolgt, weil die Eigenstrahlung des heißen Wafers nach Beendigung des Aufheizvorgangs nicht mehr auf den Wafer zurückreflektiert wird. Der Nachteil dieses Verfahrens ist jedoch, daß zu dessen Durchführung eine schnell und zuverlässig im Dauerbetrieb arbeitende mechanische Zusatzvorrichtung erforderlich ist, die kompliziert und teuer ist. Diese Zusatzvorrichtung muß zudem noch mit dem thermischen Prozeß gekop pelt und gesteuert werden. Außerdem erzeugt die mechanische Bewegung der Reflektorlamellen Partikel, die in einer Reinraumumgebung nachteilig sind.A solution to this problem will be in the DE 4142466 proposed. Here, an apparatus and a method for briefly annealing a semiconductor wafer by means of an irradiation arrangement and a process chamber with reflecting surfaces, which are designed so that their reflectivity at the end of the annealing by mechanical means can be reduced. In the example mentioned, the reflective surfaces or reflectors consist of a series of highly reflective lamellae, which are rotated after the heating process about axes that can pass through them, so that the cooling is accelerated, because the self-radiation of the hot wafer after completion of the Heating process is no longer reflected back to the wafer. The disadvantage of this method, however, is that its implementation requires a quick and reliable continuous mechanical auxiliary device which is complicated and expensive. This additional device must also gekop pelt and be controlled with the thermal process. In addition, the mechanical movement of the reflector blades creates particles that are detrimental in a clean room environment.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die mit kostengünstigen Mitteln und ohne zusätzliche mechanische oder gasdynamische Steuervorrichtungen eine optimale thermische Behandlung ermöglicht, und insbesondere ein erhitztes Halbleitersubstrat in einem Schnellheizsystem möglichst schnell abkühlt.Of the The present invention is therefore based on the object, a device to create that with cost-effective Means and without additional mechanical or gas dynamic control devices optimal thermal Treatment allows and in particular a heated semiconductor substrate in a rapid heating system preferably cools quickly.

Ausgehend von einer Vorrichtung zum thermischen Behandlung von Halbleitersubstraten in einem Schnellheizsystem, mit wenigstens einer Heizvorrichtung zum Aufheizen des Halbleitersubstrats und wenigstens einem Reflektionselement zum Reflektieren der von der Heizvorrichtung emittierten Strahlung auf das Halbleitersubstrat während des Aufheizvorgangs wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Reflektionselement wenigstens auf der dem Halbleitersubstrat zugewandten Oberfläche ein hohes Reflektionsvermögen für die von der Heizvorrichtung emittierte Strahlung und ein hohes Absorptionsvermögen für das vom aufgeheizten Halbleitersubstrat abgegebene Strahlung aufweist. Erfindungsgemäß ist das Reflektionselement bzw. deren dem Halbleitersubstrat zugewandte Oberfläche derart zu wählen bzw. behandeln oder zu beschichten, dass es unterschiedliche Reflektionsvermögen aufweist, derart, dass einerseits das Reflektionsvermögen zur möglichst schnellen und optimalen Aufheizung des Halbleitersubstrats für die von der Heizvorrichtung emittierten Strahlung hoch ist und andererseits das Reflektionsvermögen des Reflektionselements zur möglichst schnellen, effizienten Abkühlung des aufgeheizten Halbleitersubstrats für die von ihm abgegebene Strahlung gering ist. Auf diese Weise ist es möglich sowohl den Aufheizvorgang als auch den Abkühlvorgang möglichst kurz zu halten und schnelle Temperaturänderungen für das Halbleitersubstrat zu erreichen.Starting from a device for the thermal treatment of semiconductor substrates in a rapid heating system, with at least one heating device for heating the semiconductor substrate and at least one reflection element for reflecting the radiation emitted by the heater radiation to the semiconductor substrate during the heating process, the object is achieved according to the invention that the reflection element at least on the surface facing the semiconductor substrate has a high reflectivity for the radiation emitted by the heater and a high absorption capacity for the radiation emitted by the heated semiconductor substrate. According to the invention, the reflection element or its semiconductor substrate is too to select or treat or surface coated surface such that it has different reflectivities, such that on the one hand the reflectivity for the fastest possible and optimal heating of the semiconductor substrate for the radiation emitted by the heater is high and on the other hand, the reflectivity of the reflection element as fast as possible , Efficient cooling of the heated semiconductor substrate for the radiation emitted by it is low. In this way it is possible to keep both the heating process and the cooling process as short as possible and to achieve rapid temperature changes for the semiconductor substrate.

Als hohes Reflektionsvermögen ist vorzugsweise ein Reflektionsvermögen mit ≥ 60 Prozent und als niederes Reflektionsvermögen ist vorzugsweise ein Reflektionsvermögen mit ≤ 15 Prozent anzusehen.When high reflectivity is preferably a reflectance of ≥ 60 percent and lower reflectivity It is preferable to consider a reflectance of ≦ 15 percent.

Besonders vorteilhaft ist es gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, dass der Übergang von einem hohen Reflektionsvermögen zu einem hohen Absorptionsvermögen des Reflektionselements in einem Wellenlängenbereich von 2,0 μm bis 3,5 μm, vorzugsweise von 2 μm bis 3 μm, und insbesondere von 2,3 μm bis 2,8 μm liegt. Diese Übergangsbereiche sind insbesondere deshalb von Vorteil, weil in einem Wellenlängebereich kleiner als 2 μm der übliche Wellenlängenbereich von Heizvorrichtungen liegt, und im Wellenlängenbereich größer als 2,5 μm das aufgeheizte Halbleitersubstrat seine maximale Abstrahlung aufweist. Vorteilhaft ist es dabei, wenn der Übergangsbereich wellenlängenmäßig möglichst schmal ist, um sowohl eine optimale Aufheiz- als auch eine optimale Abkühlwirkung zu erreichen.Especially it is advantageous according to one embodiment the invention that the transition from a high reflectivity to a high absorption capacity of the reflection element in a wavelength range of 2.0 microns to 3.5 microns, preferably of 2 μm up to 3 μm, and in particular of 2.3 μm to 2.8 microns lies. These transition areas are particularly advantageous because in a wavelength range smaller than 2 μm the usual wavelength range of heaters, and in the wavelength range greater than 2.5 μm the heated Semiconductor substrate has its maximum radiation. Advantageous is it doing when the transition area wavelength as narrow as possible is to both an optimal heating and an optimal cooling effect to reach.

In Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass das Reflektionselement aus Aluminium besteht und die dem Halbleitersubstrat zugewandte Oberfläche eine Eloxalschicht aufweist.In Connection with the device according to the invention is according to a particularly advantageous embodiment provided that the reflection element consists of aluminum and the surface facing the semiconductor substrate has an anodized layer.

Eloxalschichten entstehen beim Eloxieren von Aluminium. Unter dem Eloxieren von Aluminium versteht man die elektrolytische Oxidation von Aluminium. Dabei wird in konventionellen Eloxalverfahren das zu eloxierende Aluminium zunächst in einen geeigneten Elektrolyten wie beispielsweise verdünnte Schwefelsäure gelegt und an den Pluspol einer Gleichspannungsquelle (Anode) angeschlossen. Der Minuspol wird an eine Kathode, welche beispielsweise aus Blei oder Graphit sein kann, gelegt. Nun wandern sauerstoffhaltige Anionen zur Metalloberfläche, wo sie unter Bildung von Aluminiumoxid reagieren. Dabei wird zunächst eine sehr dünne, porenfreie, elektrisch isolierende Grund- oder Sperrschicht gebildet. In verdünnter Schwefelsäure wird diese Grundschicht chemisch angelöst, wobei sich eine von feinen Poren durchzogene Deckschicht bildet. Schon nach kurzer Zeit stellt sich ein Gleichgewicht zwischen Neubildung von Grundschicht und ihrer Umwandlung in die porenhaltige Deckschicht ein. Deshalb wächst die Deckschicht (Eloxalschicht) bei gleichbleibender Grundschichtdicke weiter. Da die Oxidschicht ein größeres Volumen als die umgewandelte metallische Aluminiumschicht einnimmt, wächst sie gegenüber dem ursprünglichen Niveau scheinbar zu einem Teil aus dem Metall heraus und zu einem Teil hinein. Bei diesem elektrochemischen Vorgang, kann sich, je nach verwendeter Höhe der elektrischen Spannung, Beschaffenheit des Elektrolyten, sowie Verweil dauer im Elektrolyten, an der Oberfläche des Aluminium eine Oxidschicht aufbauen, die eine Dicke von mehreren Mikrometern erreichen kann. So sind beispielsweise Eloxierverfahren bekannt, bei denen eine Eloxalschichtdicke von 200 bis 500 Mikrometern erreicht werden kann. Zu dicke Eloxalschichten bedingen jedoch, daß solcherart eloxiertes Aluminium die sichtbare Strahlung zum überwiegenden Teil absorbiert. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sollte die Dicke der Eloxalschicht wenigstens 2 μm aufweisen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Eloxalschicht eine Dicke von 3 μm bis 50 μm, vorzugsweise von 10 μm bis 40 μm, und insbesondere von 15 μm bis 30 μm aufweist. Bei diesen Schichtdicken bleibt der silbermetallische Glanz des unterliegenden Aluminiums noch weitestgehend erhalten, und die Reflektionseigenschaften im Bereich zwischen 0,4 μm und 2,5 μm gleichen noch dem des reinem Aluminiummetalls, da die Eloxalschichten bei Dicken von weniger als 50 μm noch im wesentlichen transparent für optische Strahlung im sichtbaren und nahen Infrarotbereich sind.anodic coatings arise when anodizing aluminum. Under the anodizing of Aluminum is the electrolytic oxidation of aluminum. In this case, in conventional anodizing the anodizing Aluminum first placed in a suitable electrolyte such as dilute sulfuric acid and connected to the positive pole of a DC voltage source (anode). The negative pole is connected to a cathode, which is made of lead, for example or graphite can be laid. Now, oxygen-containing anions migrate to the metal surface, where they react to form alumina. Here is a first very thin, formed pore-free, electrically insulating base or barrier layer. In dilute sulfuric acid this base layer is chemically dissolved, with one of fine Pores crossed cover layer forms. Already after a short time find a balance between new formation of base layer and their transformation into the pore-containing top layer. That's why it's growing Cover layer (anodized layer) with constant base layer thickness further. Because the oxide layer has a larger volume than the converted one metallic aluminum layer, it grows over the original Level seemingly to a part out of the metal and to a part into it. In this electrochemical process, depending on used height the voltage, nature of the electrolyte, as well as Dwell time in the electrolyte, on the surface of the aluminum, an oxide layer build up, which can reach a thickness of several micrometers. For example, anodizing are known in which a Anodic layer thickness of 200 to 500 microns can be achieved. Too thick Eloxalschichten condition, however, that such anodized aluminum the visible radiation for the most part Part absorbed. According to one advantageous embodiment According to the invention, the thickness of the anodized layer should be at least 2 μm. It is particularly advantageous if the anodized layer has a thickness of 3 μm up to 50 μm, preferably of 10 μm up to 40 μm, and in particular of 15 μm up to 30 μm having. At these layer thicknesses remains the silver metallic Gloss of the underlying aluminum still largely preserved and the reflection properties in the range between 0.4 microns and 2.5 microns same even that of pure aluminum metal, since the anodizing layers are at Thicknesses of less than 50 microns still essentially transparent to optical radiation in the visible and near infrared range.

Es sind auch Aluminiumeloxierverfahren bekannt, bei denen die Aluminiumoxidstruktur der Eloxalschicht mit Polymeren molekular verbunden wird. Bei solchen Verfahren werden vorzugsweise organische Polymersäueren als Elektrolyte eingesetzt, wie beispielsweise in der US 6,818,118 oder in der US 6,328,874 offenbart wird. Solche Eloxalschichten haben oft den Vorteil einer höheren Korrosionsbeständigkeit, als Eloxalschichten, die auf konventionelle Art und Weise erzeugt wurden. Daher ist es besonders vorteilhaft, wenn gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die als Aluminiumoxidstruktur vorliegende Eloxalschicht mit Polymeren molekular verbunden ist.Aluminum anodizing methods are also known in which the aluminum oxide structure of the anodized layer is molecularly bonded to polymers. In such processes, organic polymers are preferably used as electrolytes, such as in the US 6,818,118 or in the US 6,328,874 is disclosed. Such anodized coatings often have the advantage of higher corrosion resistance than anodized coatings produced in a conventional manner. It is therefore particularly advantageous if, according to a further embodiment of the invention, the anodized aluminum oxide structure is molecularly bonded to polymers.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die Eloxalschicht verdichtet ist. Frisch erzeugte Aluminiumoxidschichten sind wegen der großen aktiven Oberfläche empfindlich gegen Fingerabdrücke und Verschmutzung. Auch ihre Korrosions- und Witterungsbeständigkeit ist noch relativ gering. Deshalb ist es vorteilhaft, die Oxidschicht nach dem Eloxieren zu verdichten. Das Verdichten erfolgt dabei meist in entmineralisiertem siedendem Wasser. Hierbei wird ein Teil der Oxidschicht in ein wasserhaltiges Aluminiumoxid, insbesondere in Böhmit (AlO(OH)) umgewandelt und so das Wasser an das Aluminiumoxid kristallchemisch gebunden.A further advantageous embodiment of the invention is that the anodized layer is compacted. Freshly generated alumina layers are sensitive to fingerprints and contamination due to the large active surface area. Their corrosion and weather resistance is still relatively low. Therefore, it is advantageous to densify the oxide layer after anodizing. The Compression is usually done in demineralized boiling water. In this case, part of the oxide layer is converted into a hydrous aluminum oxide, in particular in boehmite (AlO (OH)), and thus the water is bound to the alumina in a crystal-chemical manner.

Da diese Reaktion mit einer Volumenzunahme verbunden ist, werden die Poren geschlossen und die Korrosionsbeständigkeit der Eloxalschicht wird erhöht.There This reaction is associated with an increase in volume, the Pores closed and the corrosion resistance of the anodizing layer becomes elevated.

Eloxiertes Aluminium weist bei Eloxalschichtdicken zwischen 3 μm und 50 μm und insbesondere zwischen 10 μm und 50 μm ein hohes Reflektionsvermögen im Bereich zwischen 0,4 μm und 2,5 μm auf, sowie ein hohes Absorptionsvermögen bzw. ein niederes Reflektionsvermögen bei Wellenlängen von mehr als 2,7 μm, wie in 2 gezeigt wird. Daher ist dieses Material für den thermischen Aufheizvorgang mittels Halogenlampen oder Bogenlampen ein nahezu idealer Reflektor, der die von den Lampen ausgesandte Energie effektiv auf das aufzuheizende Halbleitersubstrat reflektiert und so eine rasche Aufheizung des Substrats ermöglicht. Wellenlängen ab 2,7 μm werden jedoch sehr stark absorbiert. Die Reflektion fällt dort auf Werte von weniger als 10 Prozent ab. Die Schichten sind daher im mittleren Infrarotbereich gute Absorber, welche die in diesem Wellenlängenbereich emittierenden heißen Halbleitersubstrate effektiver abkühlen können, als nicht eloxierte Aluminiumreflektoren.Anodised aluminum has a high reflectivity in the range between 0.4 μm and 2.5 μm at anodic layer thicknesses between 3 μm and 50 μm and in particular between 10 μm and 50 μm, as well as a high absorptivity or a low reflectivity at wavelengths greater than 2.7 μm, as in 2 will be shown. Therefore, this material is a nearly ideal reflector for the thermal heating by means of halogen lamps or arc lamps, which effectively reflects the energy emitted by the lamps on the semiconductor substrate to be heated, thus allowing a rapid heating of the substrate. Wavelengths from 2.7 μm, however, are very strongly absorbed. The reflection drops to values of less than 10 percent. The layers are therefore good absorbers in the mid-infrared range, which can cool the hot semiconductor substrates emitting in this wavelength range more effectively than non-anodized aluminum reflectors.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorteilhaft, wenn das Schnellheizsystem ein Gehäuse mit wenigstens einem Raum für die Heizvorrichtung und einem Prozessraum aufweist, die jeweils mit einem Quarzelement voneinander getrennt sind und wobei das Reflektionselement jeweils auf der dem Prozessraum abgewandten Seite der Heizvorrichtung angeordnet ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Wände des Raums für die Heizvorrichtung wenigstens teilweise das Reflektionselement bilden, wobei vorzugsweise die Wände des Raums für die Heizvorrichtung wenigstens teilweise aus Aluminium bestehen, das auf seiner Innenfläche wenigstens teilweise eloxiert ist.at the device according to the invention it is advantageous if the rapid heating system with a housing at least one room for comprising the heating device and a process space, respectively are separated with a quartz element and wherein the reflection element each on the side facing away from the process space of the heater is arranged. It is particularly advantageous if the walls of the Room for the heater at least partially the reflection element form, preferably the walls of the room for the heater is at least partially made of aluminum, that on his inner surface at least partially anodized.

Schnellheizsysteme sind seitlich vorzugsweise zumindest zum Teil durch Metallwände aus Aluminium begrenzt, die wenigstens teilweise dort eloxiert sind, wo sie den Lampenraum mit der Heizvorrichtung seitlich begrenzen. Die seitliche Begrenzung des Prozeßraums, in welchem das Halbleitersubstrat thermisch behandelt wird, muß nicht aus Metall bestehen. Es sind auch Ausführungsformen denkbar, bei denen der Prozeßraum seitlich von Quarzglas umgeben ist. In diesem Falle können den Prozeßraum eloxierte Seitenwände aus Aluminium an den Stellen umgeben, an denen sie den Prozeßraum seitlich nicht begrenzen.Quick heating systems are laterally preferably at least in part by metal walls made of aluminum limited, which are at least partially anodized where they Limit the lamp compartment with the heater laterally. The lateral Limitation of the process space, in which the semiconductor substrate is thermally treated, does not have to Made of metal. There are also embodiments conceivable in which the process room is surrounded laterally by quartz glass. In this case, the process space can be anodized side walls surrounded by aluminum at the points where they the process space side do not limit.

Vorzugsweise sind die Wände des Prozessraums nicht eloxiert. Auf Grund der porösen Struktur von Eloxalschichten und der darin möglicherweise eingebetteten oder gebundenen Fremdatome sollte eloxiertes Aluminium nicht direkt mit dem Prozeßraum in Berührung kommen. Ist eine seitliche Begrenzung des Prozeßraums durch Metallwände vorgesehen, so bestehen diese Metallwände vorzugsweise aus nicht eloxiertem Aluminium.Preferably are the walls of the process room is not anodized. Due to the porous structure of Eloxal layers and the possibly embedded therein or bound foreign atoms, anodized aluminum should not be used directly with the process room in touch come. Is a lateral boundary of the process space provided by metal walls, so are these metal walls preferably made of non-anodized aluminum.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weisen die Wände des Gehäuses für das Schnellheizsystem, oder auch nur Teile der Gehäusewände Bohrungen zum Durchleiten einer Kühlflüssigkeit auf. Insbesondere das oder die Reflektionselemente, die vorzugsweise aus Aluminium bestehen, weisen vorzugsweise Bohrungen auf, die dafür vorgesehen sind, eine Kühlflüssigkeit durchzuleiten. Damit wird erreicht, daß die das Reflektions- oder Aluminiumelement aufheizende Strahlung nicht zu einer zu starken Erwärmung des Reflektions- oder Aluminiumelements führt, und damit das Reflektionselement nicht selbst durch Abgabe von Wärmestrahlung dazu beiträgt, daß die Abkühlung des Halbleitersubstrats verzögert wird.According to one further advantageous embodiment The invention has the walls of the housing for the Quick heating system, or just parts of the housing walls holes for passing a coolant on. In particular, the one or more reflection elements, preferably Made of aluminum, preferably have holes provided for this purpose are to pass a cooling liquid. This ensures that the the reflection or aluminum element heating radiation not too much warming of the reflection or aluminum element, and thus the reflection element not even by emitting heat radiation contributes to that the Cooling of the Semiconductor substrate delayed becomes.

Die zum Kammerinnenraum weisenden Oberflächenelemente der das Schnellheizsystem begrenzenden Metallwände aus Aluminium sind bei einer Ausführungsform wenigstens zum Teil eloxiert, wobei sie an den zum Kammerinnenraum weisenden Oberflächenelementen, wo diese den Prozeßraum begrenzen, nicht eloxiert sind.The to the chamber interior facing surface elements of the rapid heating system delimiting metal walls made of aluminum are at least partially in one embodiment anodized, whereby they are attached to the chamber interior facing surface elements, where these limit the process space, not anodized.

Vorzugsweise sind die Metallwände mit Bohrungen versehen, die dafür vorgesehen sind, eine Kühlflüssigkeit durchzuleiten.Preferably are the metal walls provided with holes for that are provided, a cooling liquid by pass.

In anderen Ausführungsformen kann das Schnellheizsystem mit einem weiteren Quarzelement versehen sein, welches den Prozeßraum nach unten begrenzt. Dabei kann unterhalb des weiteren Quarzelements eine weitere Heizvorrichtung vorgesehen sein, die das Halbleitersubstrat von der anderen Seite erhitzt. Vorzugsweise ist unterhalb der weiteren Quarzplatte ein weiteres Reflektions- oder Aluminiumelement vorgesehen, das die von der Heizvorrichtung emittierte Energie reflektiert. Das weitere Reflektions- oder Aluminiumelement weist vorzugsweise ebenfalls Bohrun gen auf, durch welche eine Kühlflüssigkeit geleitet werden kann. Auf der dem Prozeßraum zugewandten Oberfläche ist es vorzugsweise zumindest teilweise eloxiert.In other embodiments The quick heating system can be equipped with another quartz element which is the process space limited to the bottom. It can be below the other quartz element a further heating device may be provided, which is the semiconductor substrate heated from the other side. Preferably, below the further quartz plate another reflection or aluminum element is provided, the reflects the energy emitted by the heater. The further reflection or aluminum element preferably also has Wells on through which a coolant can be passed. On the the process room facing surface it is preferably at least partially anodized.

Vorzugsweise sind die verwendeten Eloxalschichten verdichtet, wobei Ausführungsformen denkbar sind, bei denen die Aluminiumoxidstruktur der Eloxalschicht mit Polymeren molekular verbunden ist. Die Eloxalschicht sollte darüber hinaus eine Dicke von wenigstens 3 μm, vorzugsweise wenigstens 10 Mikrometern aufweisen. Bevorzugt liegt die Dicke der Eloxalschicht zwischen 15 und 30 Mikrometern.Preferably, the anodized layers used are compacted, with embodiments being conceivable in which the aluminum oxide structure of the anodized layer is molecularly bonded to polymers that is. The anodized layer should moreover have a thickness of at least 3 μm, preferably at least 10 μm. The thickness of the anodized layer is preferably between 15 and 30 micrometers.

Die Heizvorrichtung besteht vorzugsweise aus Halogenlampen, aus Bogenlampen oder aus Halogen- und Bogenlampen. Sie kann jedoch auch aus Widerstandsheizelementen bestehen, oder aus Lasern.The Heating device is preferably made of halogen lamps, arc lamps or from halogen and arc lamps. However, it can also be made of resistance heating elements consist of, or lasers.

Vorzugsweise ist wenigstens ein Strahlungsdetektor, der sich außerhalb der Prozeßkammer befindet, zur Bestimmung der Temperatur des Halbleitersubstrats vorgesehen. Die Strahlung wird durch eine Durchbohrung in der Kammer ausgekoppelt, welche vorzugsweise innen eloxiert ist, um zu vermeiden, daß Streustrahlung im absorbierenden Bereich auf den Strahlungsdetektor gelangt. Der Strahlungsdetektor kann die Temperatur in einem Wellenlängenbereich bestimmen, bei dem das eloxierte Aluminium eine Reflektion von weniger als 10 Prozent hat. Vorzugsweise erfolgt die Messung der Temperatur des Halbleitersubstrates durch Messung der Intensität der Strahlung in einem Wellenlängenbereich zwischen 2,6 μm und 3,1 μm. Eine Messung der Temperatur in diesem Bereich hat den Vorteil, daß der Anteil der reflektierten Strahlung sehr klein ist, da die Aluminiumelemente und die Metallwandelemente zumindest teilweise eloxiert sind. Wenn die Innenwand der Durchbohrung ebenfalls eloxiert ist, kann auch Streustrahlung zum Beispiel von der Heizvorrichtung in diesem Wellenlängenbereich, die durch die Durchbohrung ausgekoppelt wird, weitestgehend absorbiert werden, und erreicht dann nicht den Detektor.Preferably is at least one radiation detector that is outside the process chamber located to determine the temperature of the semiconductor substrate intended. The radiation is transmitted through a hole in the chamber coupled, which is preferably anodized inside to avoid that scattered radiation reaches the radiation detector in the absorbing area. Of the Radiation detector can measure the temperature in a wavelength range determine where the anodized aluminum a reflection of less than 10 percent has. Preferably, the temperature is measured of the semiconductor substrate by measuring the intensity of the radiation in a wavelength range between 2.6 μm and 3.1 μm. A measurement of the temperature in this area has the advantage that the proportion the reflected radiation is very small, since the aluminum elements and the metal wall elements are at least partially anodized. If The inner wall of the perforation is also anodized, can also scattered radiation for example, from the heater in this wavelength range, which is decoupled through the bore, largely absorbed and then does not reach the detector.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dem Fachmann sind jedoch Ausgestaltungen und Abwandlungen möglich, ohne daß dadurch der Erfindungsgedanke verlassen wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere auch im Zusammenhang mit anderen Einsatzgebieten oder Verfahren, als den hier beschriebenen mit Vorteil verwendet werden. Insbesondere beschränken die dargestellten Ausführungsformen und deren hier anhand eines Beispiels beschriebenen Funktionen nicht den Erfindungsgedanken.The Invention will be described below with reference to a preferred embodiment explained in more detail with reference to the drawings. The skilled person, however, are Embodiments and modifications possible without thereby the idea of the invention is abandoned. The inventive method especially in connection with other applications or methods other than those described herein are used to advantage. In particular, restrict the illustrated embodiments and their functions described here by way of example the inventive idea.

In den Zeichnungen zeigt:In the drawings shows:

1 ein Schnellheizsystem und 1 a rapid heating system and

2 die spektrale Reflektivität von eloxiertem Aluminium 2 the spectral reflectivity of anodized aluminum

1 zeigt schematisch ein Schnellheizsystem 1. Die Figur weist ein oberes Reflektions- oder Aluminiumelement 4, eine Heizvorrichtung 6, bestehend aus Halogenlampen und/oder Bogenlampen, ein oberes Quarzelement 8, einen Träger 10 zur Aufnahme eines Halbleitersubstrats 12, ein unteres Quarzelement 14, eine unterhalb des Quarzelements 14 angeordnete weitere Heizvorrichtung 16, bestehend aus Halogenlampen und/oder Bogenlampen, und ein unteres Reflektions- oder Aluminiumelement 18 auf. Das Schnellheizsystem 1 ist seitlich zumindest teilweise von einer Kammerwand 20 aus Aluminium begrenzt. Die Kammerwand 20 weist auf einer Seite eine Tür 22 auf, sowie wenigstens eine Öffnung 24 zum Einleiten bzw. Ausleiten von Prozeßgas. Zwischen dem Aluminiumelement 4 und dem Quarzelement 8 befindet sich der obere Lampenraum 26, der die Heizvorrichtung 6 enthält. Das Halbleitersubstrat 12, sowie der Träger 10 befinden sich im Prozeßraum 28, der vom Lampenraum 26 durch das obere Quarzelement 8 räumlich getrennt ist, und im dargestellten Beispiel vom Quarzelement 14 nach unten begrenzt wird. Das Quarzelement 14 trennt den Prozeßraum 28 vom unteren Lampenraum 30, der die Heizvorrichtung 16 enthält und im gewählten Beispiel nach unten durch das Aluminiumelement 18 begrenzt wird. Die Aluminiumelemente 4 und 18, sowie die Kammerwand 20 weisen Bohrungen 32 auf, die dafür vorgesehen sind, eine Kühlflüssigkeit aufzunehmen, welche die Aluminiumelemente 4 und 18, sowie die Kammerwand 20 kühlt, so daß die nach innen zeigenden Oberflächen der Aluminiumelemente 4, 18 und der Kammerwand 20 auch während des thermischen Prozesses kalt bleiben. Das Aluminiumelement 18 weist ferner eine Durchführung 34 zum Auskoppeln thermischer Strahlung auf, welche von einem Pyrometer 36 detektiert werden kann. Die dem Halbleitersubstrat 12 zugewandten Oberflächen der Aluminiumelemente 4 und 18 sind zumindest teilweise mit einer Eloxalschicht 38 versehen. Ebenso weist die den Lampenraum 26 und 30 begrenzende Oberfläche der Seitenwand 20 an den Stellen, die nicht den Prozeßraum 28 begrenzen, eine Eloxalschicht 38 auf. Die Durchführung 34 zum Auskoppeln thermischer Strahlung ist ebenfalls mit einer Eloxalschicht 38 versehen. 1 shows schematically a rapid heating system 1 , The figure has an upper reflection or aluminum element 4 , a heater 6 consisting of halogen lamps and / or arc lamps, an upper quartz element 8th , a carrier 10 for receiving a semiconductor substrate 12 , a lower quartz element 14 , one below the quartz element 14 arranged further heating device 16 consisting of halogen lamps and / or arc lamps, and a lower reflection or aluminum element 18 on. The rapid heating system 1 is laterally at least partially of a chamber wall 20 limited to aluminum. The chamber wall 20 has a door on one side 22 on, as well as at least one opening 24 for introducing or discharging process gas. Between the aluminum element 4 and the quartz element 8th is the upper lamp room 26 who is the heater 6 contains. The semiconductor substrate 12 , as well as the carrier 10 are in the process room 28 , the lamp room 26 through the upper quartz element 8th is spatially separated, and in the example shown by the quartz element 14 is limited to the bottom. The quartz element 14 separates the process space 28 from the lower lamp room 30 who is the heater 16 contains and in the example chosen down through the aluminum element 18 is limited. The aluminum elements 4 and 18 , as well as the chamber wall 20 have holes 32 which are intended to receive a cooling fluid, which the aluminum elements 4 and 18 , as well as the chamber wall 20 cools so that the inwardly facing surfaces of the aluminum elements 4 . 18 and the chamber wall 20 remain cold even during the thermal process. The aluminum element 18 also has an implementation 34 for decoupling thermal radiation, which from a pyrometer 36 can be detected. The the semiconductor substrate 12 facing surfaces of the aluminum elements 4 and 18 are at least partially with an anodized layer 38 Mistake. Likewise, it has the lamp room 26 and 30 limiting surface of the sidewall 20 in the places that are not the process space 28 limit, an eloxal layer 38 on. The implementation 34 for decoupling thermal radiation is also with an anodized layer 38 Mistake.

2 zeigt die spektrale Reflektivität einer Probe eloxiertem Aluminiums, gemessen mit einem Perkin-Elmer Spektrophotometer. Auf der horizontalen Achse aufgetragen ist die Meßwellenlänge in einem Bereich zwischen 0,9 Mikrometern und 3,1 Mikrometern. Auf der vertikalen Achse aufgetragen ist die Reflektivität von 0 Prozent bis 100 Prozent. Die Kurve 40 zeigt die Reflektivität einer Probe eloxierten Aluminiums als Funktion der Wellenlänge. Die Probe weist in einem Wellenlängenbereich zwischen 0,9 Mikrometern und 2,5 Mikrometern eine hohe Reflektivität von über 70% auf. Im Wellenlängenbereich zwischen 2,5 Mikrometern und 2,7 Mikrometern zeigt die Probe einen steilen Abfall der Reflektivität von 70% auf weniger als 10%. Zwischen 2,7 Mikrometern und 3,1 Mikrometern liegt die Reflektivität der Probe schließlich nur noch bei durchschnittlich 4%. Die Strahlung wird dort nahezu vollständig absorbiert. 2 shows the spectral reflectivity of a sample of anodized aluminum, measured with a Perkin-Elmer spectrophotometer. Plotted on the horizontal axis, the measuring wavelength is in a range between 0.9 microns and 3.1 microns. The reflectivity is plotted on the vertical axis from 0 percent to 100 percent. The curve 40 shows the reflectivity of a sample of anodized aluminum as a function of wavelength. The sample has a high reflectivity of over 70% in a wavelength range between 0.9 microns and 2.5 microns. In the wavelength range between 2.5 microns and 2.7 microns, the sample shows a steep drop in reflectivity from 70% to less than 10%. Between 2.7 microns and 3.1 microns, the reflectivity of the sample is finally only an average of 4%. The radiation is almost completely absorbed there.

Die Wirkungsweise der Abkühlung eines Halbleitersubstrats in der Schnellheizkammer 1 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert:
Die Tür 22 wird geöffnet und das Halbleitersubstrat 12 wird durch die Türöffnung bewegt und auf den Träger 10 gelegt. Nun wird die Tür 22 geschlossen und Prozeßgas durch die Öffnung 24 eingeleitet. Die Heizvorrichtung 6, 16 wird eingeschaltet und das Halbleitersubstrat 12 wird auf Grund der von der Heizvorrichtung 6, 16 emittierten Strahlung erhitzt. Da die Heizvorrichtung 6, 16 aus einer Anordnung von Halogenlampen und/oder Bogenlampen besteht, und folglich der Hauptteil der Energie der Lampenstrahlung in einem Frequenzbereich zwischen 0,2 μm und 2,5 μm abgegeben wird, reflektieren die mit einer Eloxalschicht 38 versehenen Aluminiumelemente 4, 18 und die ebenfalls mit einer Eloxalschicht 38 versehenen Aluminiumelemente der Seitenwand 20 den überwiegenden Anteil der von den Lampen 6, 16 ausgesandten, nicht direkt auf das Halbleitersubstrat 12 gerichteten Strahlung zurück auf das Halbleitersubstrat 12 und beschleunigen so den Aufheizvorgang des Halbleitersubstrates. Das Pyrometer 36 ermittelt die Temperatur des Halbleitersub strats 12. Hat das Halbleitersubstrat 12 die gewünschte Temperatur erreicht, werden die Halogenlampen 6, 16 abgeschaltet und das Halbleitersubstrat 12 beginnt abzukühlen, indem es Wärmestrahlung emittiert. Das emittierte Frequenzspektrum der Wärmestrahlung des Halbleitersubstrats 12 folgt dabei zunächst im wesentlichen dem Planckschen Strahlungsgesetz. Auf Grund der Tatsache, daß die Farbtemperatur des Halbleitersubstrats 12 wesentlich niedriger ist, als die Farbtemperatur der das Halbleitersubstrat aufheizenden Lampen 6, 16, wird der Hauptanteil der Energie des Wafers in einem Wellenlängenbereich oberhalb von 2 Mikrometern abgestrahlt, so daß die abgestrahlte Energie zum überwiegenden Teil durch die Eloxalschicht 38 absorbiert wird, und nicht mehr den Abkühlvorgang dadurch verzögert, daß sie auf das Halbleitersubstrat 12 zurückreflektiert wird. Darüberhinaus können auch die ebenfalls durch die Lampen 6, 16 und das Halbleitersubstrat 12 aufgeheizten Quarzelemente 8, 14, die ihre Wärmestrahlung vorwiegend dort, wo sie nicht transparent sind, also im mittleren Infrarotbereich oberhalb von 2,5 Mikrometern emittieren, effektiver abkühlen, da die von den Quarzelementen 8 und 14 abgegebene Wärmestrahlung ebenfalls nahezu vollständig durch die Eloxalschicht 38 absorbiert wird. Die Aluminiumelemente 4, 18, sowie die Seitenwand 20 werden dabei mit einer Kühlflüssigkeit, welche durch die Bohrungen 32 fließt, gekühlt. Dadurch wird erreicht, daß die eloxierten Aluminiumoberflächen die absorbierte Wärmestrahlung effektiv durch Wärmeleitung wegtransportieren können und sich somit nicht erhitzen und selbst beginnen, Wärmestrahlung zu emittieren. Durch die Verwendung von eloxierten Aluminiumelementen als Reflektoren kann eine effektivere und schnellere Abkühlung des Halbleitersubstrats gewährleistet werden, als durch die Verwendung von nicht eloxiertem Aluminium. Die beschriebene Methode stellt daher eine effektive Lösung des Abkühlproblems dar.The mode of action of the cooling of a semiconductor substrate in the rapid heating chamber 1 is explained in more detail below with reference to the figures:
The door 22 is opened and the semiconductor substrate 12 is moved through the door opening and onto the carrier 10 placed. Now the door will be 22 closed and process gas through the opening 24 initiated. The heater 6 . 16 is turned on and the semiconductor substrate 12 is due to that of the heater 6 . 16 heated radiation emitted. As the heater 6 . 16 consists of an array of halogen lamps and / or arc lamps, and consequently the bulk of the energy of the lamp radiation is delivered in a frequency range between 0.2 microns and 2.5 microns, which reflect with an anodized layer 38 provided aluminum elements 4 . 18 and also with an anodized layer 38 provided aluminum elements of the side wall 20 the vast majority of the lamps 6 . 16 emitted, not directly on the semiconductor substrate 12 directed radiation back to the semiconductor substrate 12 and thus speed up the heating process of the semiconductor substrate. The pyrometer 36 determines the temperature of the Halbleitersub strats 12 , Has the semiconductor substrate 12 reaches the desired temperature, the halogen lamps are 6 . 16 shut off and the semiconductor substrate 12 begins to cool down by emitting heat radiation. The emitted frequency spectrum of the heat radiation of the semiconductor substrate 12 initially follows essentially the Planck radiation law. Due to the fact that the color temperature of the semiconductor substrate 12 is much lower than the color temperature of the semiconductor substrate heating lamps 6 . 16 , the majority of the energy of the wafer is radiated in a wavelength range above 2 microns, so that the radiated energy for the most part by the anodized layer 38 is absorbed and no longer delays the cooling process by being applied to the semiconductor substrate 12 is reflected back. In addition, also by the lamps 6 . 16 and the semiconductor substrate 12 heated quartz elements 8th . 14 , their heat radiation mainly where they are not transparent, ie emit in the mid-infrared range above 2.5 microns, cool more effectively because of the quartz elements 8th and 14 emitted heat radiation also almost completely through the anodized layer 38 is absorbed. The aluminum elements 4 . 18 , as well as the side wall 20 be doing with a coolant, which through the holes 32 flows, cooled. This ensures that the anodized aluminum surfaces can effectively carry away the absorbed heat radiation by conduction and thus do not heat up and even begin to emit heat radiation. By using anodized aluminum elements as reflectors, a more effective and faster cooling of the semiconductor substrate can be ensured than by the use of non-anodized aluminum. The described method therefore represents an effective solution to the cooling problem.

Die vorliegende Erfindung besteht also zusammengefasst darin, das Schnellheizsystem mit Reflektorelementen auszustatten, die eine von der Heizquelle erzeugte Strahlung insbesondere im sichtbaren und nahen Infrarot-Wellenlängenbereich gut reflektieren, während sie im mittleren Infrarot-Wellenlängenbereich bei Wellenlängen von mehr als 2,5 μm als strahlungsabsorbierende Element wirken. Diese Reflektorelemente unterstützen die thermische Aufheizung eines Halbleitersubstrats mit Heizquellen, wie Lampen, die im sichtbaren Bereich und im nahen Infrarot-Wellenlängenbereich ihre Strahlung emittieren, und sie unterstützen die thermische Abkühlung eines in einem Schnellheizsystem erhitzten Halbleitersubstrats, dessen emittierte Wärmestrahlung überwiegend in einem Wellenlängenbereich über 2,5 μm liegt. Auf diese Weise kann ein in einem Schnellheizsystem aufgeheiztes Halbleitersubstrat in dem gleichen System auf einfache und kostengünstige Art und Weise schnell wieder abgekühlt werden.The The present invention is thus summarized, the rapid heating system equipped with reflector elements, one of the heat source generated radiation, especially in the visible and near infrared wavelengths well reflect while in the mid-infrared wavelength range at wavelengths of more than 2.5 μm act as a radiation-absorbing element. These reflector elements support the thermal heating of a semiconductor substrate with heat sources, such as lamps in the visible and near infrared wavelengths emit their radiation, and they support the thermal cooling of a in a rapid heating system heated semiconductor substrate whose emitted heat radiation predominantly in a wavelength range over 2.5 microns. In this way, a heated in a rapid heating system Semiconductor substrate in the same system in a simple and cost-effective manner and quickly cooled again become.

Die dargestellten Ausführungsformen sind als Beispiele aufzufassen. Sie können jederzeit durch Elemente und Merkmale ergänzt und abgewandelt werden, die aus einer Kombination von Elementen und Merkmalen der offenbarten Ausführungsformen hervorgehen, oder die durch den Austausch von Elementen und Merkmalen der offenbarten Ausführungsformen mit anderen Elementen und Merkmalen hervorgehen.The illustrated embodiments are to be taken as examples. You can always go through elements and features added and be modified, consisting of a combination of elements and features of the disclosed embodiments, or which by the exchange of elements and features of the disclosed embodiments with other elements and characteristics.

Claims

Device for rapid thermal treatment of semiconductor substrates ( 12 ) in a rapid heating system ( 1 ), with at least one heating device ( 6 ) for heating the semiconductor substrate ( 12 ) and at least one reflection element ( 4 ) for reflecting from the heater ( 6 ) emitted radiation on the semiconductor substrate ( 12 ) during the heating process, characterized in that the reflection element ( 4 ) at least on the semiconductor substrate ( 12 ), a high reflectivity for that of the heating device ( 6 ) emitted radiation and a low reflectivity for the heated semiconductor substrate ( 12 ) emitted radiation.

Apparatus according to claim 1, characterized ge indicates that the transition from a high reflectivity to a low reflectivity is in a wavelength range of 2 μm to 3.5 μm.

Device according to Claim 1 or 2, characterized that the transition of high reflectivity to a low reflectivity in a wavelength range of 2 μm up to 3 μm lies.

Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the transition of high reflectivity to a low reflectivity in a wavelength range of 2.3 μm to 2.8 microns lies.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the reflection element ( 4 ) consists of aluminum and the semiconductor substrate facing surface an anodized ( 38 ) having.

Apparatus according to claim 5, characterized in that the anodized layer ( 38 ) has a thickness of at least 2 microns.

Apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that the anodized layer ( 38 ) has a thickness of 3 microns to 50 microns.

Device according to one of claims 5 to 7, characterized in that the anodized layer ( 38 ) has a thickness of 10 microns to 40 microns.

Device according to one of claims 4 to 8, characterized in that the anodized layer ( 38 ) has a thickness of 15 microns to 30 microns.

Device according to one of claims 5 to 9, characterized in that the anodized layer ( 38 ) is compressed.

Device according to one of claims 5 to 10, characterized that an alumina structure of the anodized layer with polymers is molecularly connected.

Device according to one of the preceding claims, that a further reflection element ( 18 ) on the other side of the semiconductor element ( 12 ) is provided.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the reflection elements ( 14 . 18 ) Drilling ( 32 ) for passing coolant.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the rapid heating system ( 1 ) a housing with at least one space ( 26 . 30 ) for the heating device ( 6 . 16 ) and a process space ( 28 ), each with a quartz element ( 8th . 14 ) are separated from each other, and that the reflection element ( 4 . 18 ) each on the process space ( 28 ) facing away from the heater ( 6 . 16 ) is arranged.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the walls of the room ( 26 . 30 ) for the heating device ( 6 . 16 ) at least partially the reflection element ( 4 . 18 ) form.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the walls of the room ( 26 . 30 ) for the heating device ( 6 . 16 ) at least partially made of aluminum, which is at least partially anodized on its inner surface.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the walls of the process space ( 28 ) are not anodized.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the walls of the room ( 26 . 30 ) for the heating device ( 6 . 16 ) and / or the process space ( 28 ) Drilling ( 32 ) for passing a cooling liquid.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the heating device ( 6 . 16 ) Has halogen and / or arc lamps.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one bore ( 34 ) for decoupling radiation and detecting it by means of a radiation detector ( 36 ) is provided.

Device according to one of claims 13, 18 or 20, characterized in that at least one of the bores ( 32 . 34 ) with an anodized layer ( 38 ) is provided.

Device according to one of the preceding claims, characterized by a radiation detector ( 36 ), which determines the temperature of the semiconductor substrate by measuring the coupled radiation intensity at radiation wavelengths greater than 2.6 microns.