DE102007042779B4 - Kalibrationssubstrat und -verfahren - Google Patents

Kalibrationssubstrat und -verfahren Download PDF

Info

Publication number
DE102007042779B4
DE102007042779B4 DE102007042779A DE102007042779A DE102007042779B4 DE 102007042779 B4 DE102007042779 B4 DE 102007042779B4 DE 102007042779 A DE102007042779 A DE 102007042779A DE 102007042779 A DE102007042779 A DE 102007042779A DE 102007042779 B4 DE102007042779 B4 DE 102007042779B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
substrate
light beam
temperature
passage opening
time intervals
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102007042779A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102007042779A1 (de
Inventor
Roland Dr. Schanz
Christoph Dr. Merkl
Steffen Müller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing E Town Semiconductor Technology Co Ltd
Mattson Technology Inc
Original Assignee
Mattson Thermal Products GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mattson Thermal Products GmbH filed Critical Mattson Thermal Products GmbH
Priority to DE102007042779A priority Critical patent/DE102007042779B4/de
Priority to KR1020107007597A priority patent/KR101545282B1/ko
Priority to CN200880113782A priority patent/CN101842677A/zh
Priority to US12/204,959 priority patent/US8282272B2/en
Priority to PCT/IB2008/053613 priority patent/WO2009044303A2/de
Priority to JP2010523625A priority patent/JP5436428B2/ja
Publication of DE102007042779A1 publication Critical patent/DE102007042779A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102007042779B4 publication Critical patent/DE102007042779B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/12—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in colour, translucency or reflectance
    • G01K11/125—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in colour, translucency or reflectance using changes in reflectance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/0003—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry for sensing the radiant heat transfer of samples, e.g. emittance meter
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/0003—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry for sensing the radiant heat transfer of samples, e.g. emittance meter
    • G01J5/0007—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry for sensing the radiant heat transfer of samples, e.g. emittance meter of wafers or semiconductor substrates, e.g. using Rapid Thermal Processing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/52—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using comparison with reference sources, e.g. disappearing-filament pyrometer
    • G01J5/53—Reference sources, e.g. standard lamps; Black bodies
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K15/00—Testing or calibrating of thermometers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67248—Temperature monitoring

Abstract

Ein Kalibrationssubstrat, das eine verlässliche Bestimmung seiner Transmissivität zulässt wird beschrieben. Das Kalibrationssubstrat ist ein scheibenförmiges Substrat, das wenigstens teilweise aus einem ersten Material besteht, das in Abhängigkeit seiner Temperatur sein Transmissionsverhalten ändert und das wenigstens eine Durchgangsöffnung in dem ersten Material besitzt, die wenigstens in einem Teilbereich einen freien Durchgang für optische Strahlung durch das Substrat bildet. Bei einem Verfahren zum Ermitteln einer Vielzahl von Transmissivitäts-Temperatur-Messwerten für das Kalibrationssubstrat wird ein Lichtstrahl auf das Substrat gerichtet, das Substrat erwärmt und/oder abgekühlt und die Intensität des Lichtstrahls auf der gegenüberliegenden Seite des Substrats gemessen. Das Substrat wird dabei um eine Rotationsachse derart gedreht, dass der Lichtstrahl bei jeder Umdrehung frei durch die wenigstens eine Durchgangsöffnung hindurchtritt. Es wird eine Vielzahl von ersten Transmissivitätswerten für das Substrat ermittelt aus einem Vergleich zwischen der gemessenen Intensität des Lichtstrahls, wenn er frei durch die wenigstens eine Durchgangsöffnung hindurchtritt und des Lichtstrahls, wenn er durch das erste Material hindurchgeht, wobei der Vergleich jeweils für Messwerte durchgeführt wird die in bestimmte Zeitintervalle fallen. Ferner wird die Temperatur des Substrats innerhalb der bestimmten Zeitintervalle ermittelt und eine Beziehung zwischen den innerhalb der ...

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kalibrationssubstrat, eine Vorrichtung zum thermischen Behandeln von scheibenförmigen Substraten, sowie eine Anordnung zum Kalibrieren einer Temperaturmessvorrichtung in einer solchen Vorrichtung unter Verwendung des Kalibrationssubstrats. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ermitteln einer Vielzahl von Transmissivitäts-Temperatur-Messwerten für ein Substrat sowie ein Verfahren zum Kalibrieren einer Temperaturmeßvorrichtung unter Verwendung des Kalibrationssubstrats.
  • In der Halbleiterherstellung sind Schnellheizanlagen, sogenannte RTP-Systeme zum thermischen Behandeln von Substraten, wie z. B. Halbleiterwafern bekannt. Beispiele solcher Anlagen sind in den US-Patenten US 5,359,693 A und US 5,580,830 A beschrieben. Schnellheizanlagen werden zur thermischen Behandlung von Substraten, insbesondere Wafern eingesetzt, die häufig aus Silizium bestehen, aber auch aus anderen Halbleitermaterialien, wie Germanium, SiGe, SiC oder Verbindungshalbleitern wie GaAs oder InP bestehen können. In Schnellheizanlagen werden die Wafer thermischen Prozessen in unterschiedlichen Prozeßgasatmosphären ausgesetzt, um vorbestimmte Behandlungsergebnisse, wie beispielsweise eine Dotierung des Wafers oder eine Beschichtung des Wafers zu erreichen.
  • Während derartiger Prozesse ist es von besonderer Bedeutung, dass die Temperatur des Halbleiterwafers zu jedem Zeitpunkt möglichst genau einer jeweils vorgegebenen Temperatur entspricht. Die Temperatur sollte über den Wafer hinweg möglichst homogen sein und zu jedem Zeitpunkt möglichst genau bestimmt werden können, um die Einhaltung eines vorgegebenen Temperatur-Zeitverlaufs sicherzustellen. Dabei ist es ferner wichtig, dass die Temperaturmessung die thermische Behandlung der Wafer selbst nicht beeinträchtigt. In vielen Fällen kommen daher nur berührungslose Temperaturmesssysteme, wie pyrometrische Messsysteme in Frage.
  • Pyrometrische Temperaturmesssysteme bieten den Vorteil einer berührungslosen Messung der Temperatur eines Substrats über beispielsweise dessen thermischer Emission. Sie werden zu diesem Zweck meist mit schmalbandigen Filtern ausgestattet, so dass nur die Strahlung eines eng begrenzten Wellenlängenbereichs detektiert wird. Um aus der von einem Pyrometer detektierten Strahlung jedoch auf die Temperatur des Substrats zu schließen, ist es erforderlich, das Pyrometer thermisch zu kalibrieren. Bei dieser Kalibration spielen unter anderem Eigenschaften der Kammer in der das Substrat angeordnet ist eine bedeutende Rolle. Das Pyrometer nimmt in der Regel nicht nur die Eigenstrahlung des Substrats, auf das es gerichtet ist, sondern auch direkte und indirekte (reflektierte und mehrfach reflektierte) Strahlungsanteile aus der Substratumgebung, wie beispielsweise reflektierte Strahlungsanteile von der Kammer auf. Ferner nimmt das Pyrometer Strahlung, die von den das Substrat aufheizenden Elementen (Lampen, Laser, Widerstandsheizelementen etc.) emittiert wird, sowie die Abstrahlung und Reflexion von Strahlungsanteilen benachbarter Objekte auf. Auch die Absorptionseigenschaften von transparenten Materialien, wie Quarz, durch welche hindurch die thermische Strahlung des Substrats gemessen wird, beeinflussen die Pyrometermessung. Bei transparenten und/oder semitransparenten Substraten, insbesondere bei Substraten, deren Transmissionseigenschaften temperaturabhängig sind, wie beispielsweise Siliziumwafern wird darüber hinaus auch noch der durch das Substrat hindurch transmittierte Anteil von Strahlung aus der hinter dem Substrat liegenden Substratumgebung gemessen. Ohne exakte Kenntnis des Transmissionsverhaltens des Substrates in Abhängigkeit von der Temperatur, können die mit dem Pyrometer detektierten Strahlungsanteile häufig gar nicht hinreichend genau ihren Ursprüngen zugeordnet werden.
  • Die Kalibration eines pyrometrischen Temperaturmesssystems geschieht wafertypspezifisch und kammerspezifisch meist über ein oder mehrere auf einem Wafer angebrachte Thermoelemente, deren Temperatur-Spannungsverläufe bekannt sind. Durch Aufheizen des Substrats mit beispielsweise Halogenlampen, Bogenlampen, Lasern oder Widerstandsheizelementen und gleichzeitigem Abgreifen der am Thermoelement/an den Thermoelementen anliegenden Spannung sowie Messen der Pyrometersignale lässt sich eine Nachschautabelle (Look-up Table) erzeugen, die einem bestimmten Pyrometersignal eine bestimmte Temperatur zuordnet.
  • Diese Kalibrationsmethode ist zeitaufwendig und darüber hinaus nur bei nichtrotierenden Systemen praktikabel. Sie erfordert die Bestückung des Substrats mit Thermoelementen, die gut mit dem Substrat in thermischen Kontakt gebracht werden müssen, sowie den Einbau eines solchen Substrats in die Kammer. Darüber hinaus wird eine Messung der Temperatur von Objekten, wie beispielsweise Siliziumwafern, bei niedrigen Temperaturen mittels Pyrometrie auf Grund der im Vergleich zur gemessenen Hintergrundstrahlung sehr kleinen Wärmestrahlung des Substrats häufig sehr ungenau. Siliziumwafer können bei niedrigen Temperaturen im Bereich gängiger Messwellenlängen beispielsweise annähernd optisch transparent sein.
  • Eine alternative Möglichkeit zur Bestimmung der Temperatur von thermisch zu behandelnden Substraten ist die direkte Messung der Transmission des Substrates. Dies ist möglich bei Substraten, deren Transmission für optische Strahlung bei einer vorgegebenen Wellenlänge eine bestimmte Temperaturabhängigkeit aufweist. Eine solche Transmissionsmessung sollte bei einer geeigneten Messwellenlänge und unter einem bestimmten Winkel erfolgen. Um die Transmission eines scheibenförmigen Substrates zu messen, kann das Substrat beispielsweise in den Strahlengang zwischen eine optische Strahlung emittierende Quelle und einem, die Intensität der optischen Strahlung messenden Detektor, gebracht werden. Kennt man die Intensität I0 der auf dem Substrat auftreffenden Strahlung, so kann aus einem Verhältnis davon mit einer hinter dem Substrat gemessenen Intensität (Transmissionsstrahlung) IT der Transmissionsfaktor des Substrates bestimmt werden. Die Kalibration der gemessenen Intensität der Transmissionsstrahlung gegen die Temperatur kann bei geeigneter Wellenlänge beispielsweise mit einem Thermoelement, oder einem bereits thermisch kalibrierten Pyrometer erfolgen. Der Vorteil einer Temperaturkalibration mit einem thermisch kalibrierten Pyrometer ist, dass die Transmission des Substrats in einer Prozeßkammer auch leicht erfaßt werden kann, wenn das Substrat rotiert.
  • Als Lichtquellen für Transmissionsmessungen besonders geeignet sind monochromatische Lichtquellen wie Laser, Gasentladungslampen bzw. Bogenlampen, bei denen bestimmte Spektrallinien optisch ausgekoppelt werden, oder auch Halogenlampen, die mit einem schmalbandigen Filter versehen sind. Das gemessene Transmissionssignal ist sowohl abhängig von den Kammereigenschaften, als auch von der Intensität der Strahlungsquelle.
  • Wird die Intensität I0 der Strahlungsquelle nur einmal vor der Messung bestimmt und dann als konstant für den gesamten Messzyklus angenommen, erhält man eine schlechte Reproduzierbarkeit von Transmissionsmessungen an Wafern in Abhängigkeit von der Wafertemperatur während der thermischen Behandlung. Dies liegt daran, dass die Intensität I0 nicht konstant sein muß, sondern sich während der thermischen Behandlung meist ändert. Solche Änderungen treten beispielsweise bei der Verwendung von Laserlichtquellen zur Transmisssionsmessung auf, da deren Ausgangsintensität zeitlich nicht konstant ist. Jedoch sind auch Änderungen im Transmissionsverhalten von Materialien, durch welche das Licht der Lichtquellen für die Transmissionsmessung hindurchgeführt wird dafür verantwortlich, dass sich die letztlich auf den Wafer auftreffende Strahlung I0 ändert. Beispiele hierfür sind Bewegungen von Mitteln wie z. B. Lichtleiter, die das Licht auf das Substrat leiten, Änderungen der Kammer, die sich beispielsweise bei thermischer Beanspruchung verziehen kann oder die im Verlauf der Zeit ihre Reflektivitätseigenschaften ändert, Änderungen in der Reflektivität des Substrats, die beispielsweise durch Änderungen der Substratoberfläche (Beschichtungen etc.) auftreten können, oder Temperaturänderungen der Quarzware (beispielsweise Änderungen des Brechungsindexes und der Absorption), durch welche der Transmissionsstrahl auf das Substrat geleitet wird.
  • Das Prinzip, die sich mit der Temperatur ändernden optischen Eigenschaften von Halbleitern zur Bestimmung ihrer Temperatur zu verwenden, ist bekannt. Christensen et. al. ( US 4,136,566 ) beschreibt bereits 1977 einen Temperatursensor mit einem integrierten Substrat aus halbleitendem Material, bei dem die Temperatur durch Messung der optischen Transmission von monochromatischem Licht durch das Halbleitermaterial hindurch erfolgt. Bei diesem Verfahren wird monochromatisches Licht, welches auch von einem Laser oder einer Laserdiode emittiert werden kann, durch einen an einem ersten optischen Wellenleiter befestigten prismatischen Substrat aus halbleitendem Material geleitet. Ein zweiter optischer Wellenleiter, der an anderer Stelle am Halbleiterprisma befestigt ist, leitet das den Halbleiter wieder verlassende Licht an einen Detektor, beispielsweise an ein Receiver Display weiter. Ein zwischen Lichtquelle und erstem Wellenleiter angeordneter Strahlenteiler (Beamsplitter) koppelt einen Teil des Lichts der Lichtquelle aus und leitet ihn einem Referenzdetektor zur Bestimmung der Ausgangsintensität der Strahlungsquelle zu. So können beispielsweise Fluktuationen der Intensität der Lichtquelle kompensiert werden.
  • Die Temperaturabhängigkeit der optischen Absorption von Infrarotstrahlung von Siliziumwafern und ihre physikalischen Ursachen wurde beispielsweise von Sturm et. al (IEEE Transactions an Electron Devices, Vol. 39, No. 1, January 1992 p 81 ff) beschrieben.
  • Amith et. al. ( US 4,890933 ) beschreibt eine Vorrichtung zur berührungslosen Temperaturerfassung eines Materialstücks, aus dünnem GaAs, mit einer Bandabstandsenergie, die sich als eine Funktion der Temperatur ändert, mittels Messung der Transmission von Strahlung mit einer Energie nahe der Bandabstandsenergie des Materials. Diese Verfahren basiert auf der monotonen Änderung im optischen Absorptionskoeffizienten als Funktion der Temperatur und beruht darauf, dass sich mit zunehmender Temperatur der Bandabstand des Halbleiters verengt. Das Transmissionssignal wird gemessen und anhand seiner Intensität die Temperatur des Materials bestimmt. Die von einer geeigneten Lichtquelle emittierte Strahlung zur Messung der Transmission des sich in einer thermischen Prozeßkammer befindenden Substrats wird vor Eintritt in die Kammer mit einem Chopper gepulst und über einen Spiegel auf einen Strahlenteiler gerichtet. Der Strahlenteiler koppelt einen Teil der Primärstrahlung aus und leitet ihn an einen Referenzdetektor zur Bestimmung der Intensität der Lichtquelle weiter. Der andere Teil der Strahlung wird durch die thermische Prozeßkammer hindurch auf das sich in ihr befindende, zu messende Substrat geleitet. Die das Substrat durchdringende Strahlung verläßt die thermische Prozeßkammer wieder und wird mit einem zweiten Detektor außerhalb der Kammer gemessen. Über Lock-in Verstärker werden die beiden Signale miteinander verglichen um die Transmission des Substrats zu ermitteln. Nachteil dieser Messmethode ist, dass der Referenzstrahl außerhalb der Kammer verläuft. Änderungen in der Transmission, die auf z. B. Änderungen der Substratumgebung zurückzuführen sind, werden nicht erfaßt bzw. als Änderungen der Absorption des Substrats interpretiert.
  • Timans offenbart in US 2003/0236642 eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Kalibrieren von Temperaturmessmitteln wie beispielsweise Pyrometern in thermischen Prozeßkammern. Dabei wird zur Kalibrierung eine Lichtquelle verwendet, die Licht auf ein in der thermischen Prozeßkammer angeordnetes Substrat emittiert. Das Substrat kann beispielsweise ein speziell behandelter Siliziumwafer mit antireflektiven Beschichtungen sein, der von verschiedenartigem Material bedeckte Öffnungen, und/oder Stellen an denen das Ausgangsmaterial dünner ist, aufweist. Ein Detektor erfaßt dann das durch das Substrat transmittierte Licht. Das detektierte Licht wird zur Kalibration einer Temperaturmesseinrichtung, die vom Gesamtsystem benutzt wird, verwendet. Nachteil dieser Vorrichtung und des Verfahrens ist, dass kein Referenzstrahl vorhanden ist, der Änderungen in der Transmission, die auf z. B. Änderungen der Substratumgebung zurückzuführen sind, detektiert. Somit können Änderungen in den Kammereigenschaften auch hier nicht von den Änderungen der Absorption des Substrats unterschieden und entsprechend zugeordnet werden.
  • Aus der DE 697 30 371 T2 ist eine selbstkalibrierende Temperatursonde bekannt, bei der ein Lichtleitkabel Licht aus einer Behandlungskammer empfängt und eine geteilte Lichtfaser vorgesehen ist, die eine optisch mit einem Ausgangsende des Lichtleiterkabels gekoppelte Stammleitung und eine mit einem Sensor gekoppelte Zweigleitung aufweist. Die US 5 553 939 A zeigt wiederum ein Verfahren zum Kalibrieren eines Pyrometers, bei dem ein Wafer mit einem Referenzbereich verwendet wird, der bei einer bekannte Temperatur eine messbare Diskontinuität hinsichtlich der Reflexivität besitzt.
  • Die vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kalibrationssubstrat vorzusehen, dass auf einfache Weise eine verläßliche Bestimmung seiner Transmissivität zuläßt. Eine weitere Aufgabe liegt darin ein einfaches und verläßliches Verfahren zum Ermitteln einer Vielzahl von Transmissivitäts-Temperatur-Messwerten für ein solches Kalibrationssubstrat sowie ein Verfahren zum Kalibrieren einer Temperaturmeßvorrichtung unter Verwendung des Kalibrationssubstrats vorzusehen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein scheibenförmiges Substrat zum Kalibrieren einer Temperaturmessvorrichtung in einer Vorrichtung zum thermischen behandeln von Halbleiterwafern vorgesehen, wobei das Substrat wenigstens teilweise aus einem ersten Material besteht, dass in Abhängigkeit seiner Temperatur sein Transmissionsverhalten ändert. Wenigstens eine Durchgangsöffnung ist in dem ersten Material vorgesehen ist, die wenigstens in einem Teilbereich einen freien Durchgang für optische Strahlung durch das Substrat bildet. Mit einem solchen Substrat ist es möglich einen Lichtstrahl durch das Substratmaterial hindurch auf einen gegenüberliegenden Detektor zu richten, wobei der Lichtstrahl bei einer Drehung des Substrats phasenweise frei auf dem selben Strahlenpfad durch die Durchgangsöffnung hindurchtreten kann. Hierdurch wird ein Vergleich zwischen transmittierter Strahlung und frei hindurchtretender Strahlung, die beide den selben Strahlenpfad durchlaufen sind, für eine Ermittlung von Transmissivitätswerten des Substrats ermöglicht. Wenn den so ermittelten Transmissivitätswerten jeweils bestimmte Temperaturen zugeordnet werden, was beispielsweise durch eine zeitgleiche oder zeitnahe Temperatur messung erfolgen kann, dann ist es möglich ein solches Kalibrationssubstrat für die Kalibrierung thermischer Detektoren, unterschiedlicher thermische Prozeßkammern einzusetzen. Bei der Verwendung solcher Substrate ist es für die Kalibration der unterschiedlichen thermischen Prozeßkammern möglich, auf Thermocouples zur Bestimmung der Temperatur oder Pyrometer zur Bestimmung der optischen Emission des Substrats zu verzichten. Für unterschiedliche Temperaturbereiche können dabei unterschiedliche Kalibrationssubstrate Verwendung finden.
  • Dabei ist die wenigstens eine Durchgangsöffnung im Substrat vorzugsweise mit einem Abstand r1 zum Mittelpunkt des Substrats angeordnet und vollständig von dem ersten Material umrandet. Insbesondere ist die wenigstens eine Durchgangsöffnung bogenförmig und liegt auf einer Kreislinie mit Abstand r1 zum Mittelpunkt des Substrats.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist das erste Material ein erster Halbleiterwafer, insbesondere ein Siliziumwafer, der eine gute und bekannte temperaturabhängige Transmissivität zeigt. Vorzugsweise besitzt der Halbleiterwafer einen Durchmesser von wenigstens 200 mm, um eine Aufnahme auf heute üblicherweise in Schnellheizanlagen angeordneten Substrathalteeinrichtungen zu ermöglichen. Vorteilhafterweise besitzt das Kalibrationssubstrat Abmessungen, die den Abmessungen eines zu behandelnden Substrats entsprechen. In einer Ausführungsform ist der erste Halbleiterwafer ein Siliziumwafer mit einer Fremdstoffdotierung von wenigstens 5 × 1E17 cm–3 und höchstens 1E16 cm–3.
  • Um unterschiedliche temperaturabhängige Transmissionsverhalten des Kalibrationssubstrat vorzusehen, ist wenigstens ein zweites Material vorgesehen. Das zweite Material ist vorzugsweise mit dem Abstand r1 zum Mittelpunkt des Substrats angeordnet. Insbesondere kann die wenigstens eine Durchgangsöffnung in dem ersten Material in einem Teilbereich durch das wenigstens eine zweite Material überdeckt sein. Das zweite Material kann ein vollständig anderes Material sein oder beispielsweise aus dem gleichen Material bestehen wie das erste Material aber z. B. eine Beschichtung tragen oder eine unterschiedliche Dotierung (bei einem Halbleitergrundsubstrat) aufweisen, um ein abweichendes Transmissionsverhalten zum ersten Material zu zeigen. Vorzugsweise besitzt das wenigstens eine zweite Material ein unterschiedliches temperaturabhängiges Transmissionsverhalten im Vergleich zum ersten Material. Hierdurch lassen sich beispielsweise mit einem Substrat für unterschiedliche Temperaturbereiche temperaturabhängige Transmissionsverhalten ermitteln. Insbesondere kann das zweite Material für optische Strahlung bei gleicher Temperatur transparenter sein als das erste Material. Beispielsweise weist das wenigstens eine zweite Material aus der Gruppe der Verbindungen Graphit, Si, Ge, SiGe, GaAs, SiC, InP, und InSb auf. Das zweite Material kann ein zweiter Halbleiterwafer sein, der vorzugsweise den gleichen Durchmesser hat wie der erste Halbleiterwafer. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Halbleiterwafer ein Siliziumwafer mit einer Fremdstoffdotierung von wenigstens 5 × 1E17 cm–3 und höchstens 1E16 cm–3. vorzugsweise besteht das wenigstens eine zweite Material aus einkristallinem Halbleitermaterial, welches eine Dicke von höchstens 250 μm aufweist.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens eine zweite Durchgangsöffnung in dem ersten Material vorgesehen ist, die wenigstens in einem Teilbereich einen freien Durchgang für optische Strahlung durch das Substrat bildet und die mit einem Abstand r2 zum Mittelpunkt des Substrats angeordnet ist. Um Transmissionsmessungen mit unterschiedlichen Sender-Empfängerpaaren (Lichtquelle-Detektor) zu ermöglichen gilt dabei vorzugsweise r1 ≠ r2.
  • Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Ermitteln einer Vielzahl von Transmissivitäts-Temperatur-Messwerten für ein Substrat des obigen Typs gelöst, bei dem ein Lichtstrahls auf das Substrat gerichtet wird, während es erwärmt und/oder abgekühlt wird. Die Intensität des Lichtstrahls wird auf der gegenüberliegenden Seite des Substrats gemessen und das Substrat wird derart um eine Rotationsachse gedreht, dass der Lichtstrahl bei jeder Umdrehung frei durch die wenigstens eine Durchgangsöffnung hindurchtritt. Nun wird eine Vielzahl von ersten Transmissivitätswerten für das Substrat aus einem Vergleich zwischen der gemessenen Intensität des Lichtstrahls wenn er frei durch die wenigstens eine Durchgangsöffnung hindurchtritt und des Lichtstrahls wenn er durch das erste Material hindurchgeht ermittelt, wobei der Vergleich jeweils für Meßwerte durchgeführt wird die in bestimmte Zeitintervalle fallen. Ferner wird die Temperatur des Substrats innerhalb der bestimmten Zeitintervalle ermittelt und anschließend wird eine Beziehung zwischen den innerhalb der bestimmten Zeitintervalle ermittelten ersten Transmissivitätswerten und den innerhalb der jeweiligen Zeitintervalle gemessenen Temperaturen. Das obige Verfahren sieht somit ein Einmessen der optischen temperaturabhängigen Transmissionseigenschaften eines Kalibrationssubstrats vor, das nachfolgen für eine Kalibrierung einer Temperaturmeßeinheit in einer thermischen Behandlungseinheit verwendet werden kann.
  • Der Lichtstrahl ist vorzugsweise ein gebündelter Lichtstrahl mit einem Strahlendurchmesser, der kleiner ist, als der kleinste Durchmesser der wenigstens einen Durchgangsöffnung, um einen freien unbeeinflußten Durchtritt zu ermöglichen. Ferner besitzt der Lichtstrahl vorzugsweise eine spezifische Polarisation. insbesondere kann der Lichtstrahl ein Laser-Lichtstrahl sein, der beispielsweise eine spezifische Wellenlänge von 1310 nm und/oder 1550 nm aufweist.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird der Lichtstrahl mit einer vorbestimmten Frequenz gepulst, um eine Unterscheidung gegenüber einer Hintergrundstrahlung, die üblicherweise gemeinsam mit dem Lichtstrahl gemessen wird zu ermöglichen. Dabei liegt die Pulsfrequenz des Lichtstrahls beispielsweise zwischen 100 Hz und 10000 Hz liegt und ist wesentlich höher ist, als die Drehzahl des Substrats. Vorzugs-, weise ist die Pulsfrequenz des Lichtstrahls wenigstens um einen Faktor zehn höher ist, als die Drehzahl des Substrats. Beispielsweise wird das Substrat mit 20 bis 500 Umdrehungen pro Minute gedreht wird.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung werden die für die Transmissionswertermittlung verwendeten Meßsignale betreffend die Intensität des Lichtstrahls um den Anteil korrigiert, der nicht direkt vom Lichtstrahl stammt. Dies kann dadurch erreicht werden, dass von den Meßsignalen bei denen wenigstens auch der Lichtstrahl gemessen wird, der Anteil wenigstens eines Meßsignals abgezogen wird, bei dem kein Lichtstrahl gemessen wird.
  • Vorzugsweise erfolgt die Ermittlung der Temperatur des Substrats kontaktfrei über eine auf das Substrat gerichtete Strahlungsmesseinheit, insbesondere ein Pyrometer. Beispielsweise wird bei der Ermittlung der Temperatur des Substrats eine Messung in einem Ringbereich auf einer Substratoberfläche vorgenommen, wobei die Durchgangsöffnung im Ringbereich liegt. Dabei werden vorzugsweise für die Ermittlung der Temperatur des Substrats keine Messwerte aus dem Bereich der Durchgangsöffnung berücksichtigt.
  • Um eine möglichst homogene Substrattemperatur über das Substrat hinweg vorzusehen wird das Erwärmen und/oder Abkühlen des Substrats vorzugsweise mit einer Heiz- bzw. Kühlrate von kleiner als 10°C/s durchgeführt. Um Temperaturschwankungen innerhalb der jeweiligen Zeitperioden, in denen Messungen genommen werden zu vermeiden, besitzen die bestimmten Zeitintervalle bei einer Ausführungsform eine Zeitperiode von kleiner 2 Sekunden.
  • Um beispielsweise für unterschiedliche Temperaturbereiche Transmissivitäts-Temperatur-Messwerte vorzusehen, ist bei einer Ausführungsform der Erfindung ferner vorgesehen eine Vielzahl von zweiten Transmissivitätswerten für das Substrat aus einem Vergleich zwischen der gemessenen Intensität des Lichtstrahls wenn er frei durch die wenigstens eine Durchgangsöffnung hindurchtritt, und des Lichtstrahls, wenn er durch das zweite Material hindurchgeht zu ermitteln, wobei der Vergleich jeweils für Meßwerte durchgeführt wird, die in bestimmte zweite Zeitintervalle fallen. Auch die Temperatur des Substrats wird innerhalb der bestimmten zweiten Zeitintervalle ermittelt und es wird eine Beziehung zwischen den innerhalb der bestimmten zweiten Zeitintervalle ermittelten zweiten Transmissivitätswerten und den innerhalb der jeweiligen zweiten Zeitintervalle gemessenen Temperaturen aufgezeichnet.
  • Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Kalibrieren einer Temperaturmeßvorrichtung mit einem Substrat des oben beschriebenen Typs, für das eine Vielzahl von Transmissivitäts-Temperatur-Messwerten bekannt ist, die beispielsweise durch das zuvor beschriebenen Verfahren ermittelt erden können, gelöst. Bei dem Verfahren wird eine Lichtstrahls auf das Substrat geriechtet, während es erwärmt und/oder abkühlt wird. Die Intensität des Lichtstrahls wird auf der gegenüberliegenden Seite des Substrats gemessen, während das Substrat um eine Rotationsachse derart gedreht wird, dass der Lichtstrahl bei jeder Umdrehung wenigstens einmal frei durch die wenigstens eine Durchgangsöffnung hindurchtritt. Es wird nun eine Vielzahl von ersten Transmissivitätswerten für das Substrat aus einem Vergleich zwischen der gemessenen Intensität des Lichtstrahls, wenn er frei durch die wenigstens eine Durchgangsöffnung hindurchtritt, und des Lichtstrahls, wenn er durch das erste Material hindurchgeht, ermittelt wobei der Vergleich jeweils für Meßwerte durchgeführt wird, die in bestimmte Zeitintervalle fallen. Innerhalb der bestimmten Zeitintervalle wird auch wenigstens ein mit der Temperatur des Substrats in Beziehung stehender Parameter gemessen. Den ermittelten ersten Transmissivitätswerten wird jeweils – anhand der bekannten Vielzahl von Transmissivitäts-Temperatur-Messwerten für das Substrat – ein Temperaturwert zugeordnet. Abschließend wird eine Beziehung zwischen den Temperaturwerten, die den innerhalb der bestimmten Zeitintervalle ermittelten ersten Transmissivitätswerten zugeordnet wurden, und dem wenigstens einen innerhalb der jeweiligen Zeitintervalle gemessenen Parameter, der mit der Temperatur des Substrats in Beziehung steht, aufgezeichnet. Durch das obige Verfahren kann – unter zu Hilfenahme des oben beschriebenen Kalibrationssubstrats – auf einfache und verläßliche Weise eine Kalibrierung einer Temperaturmeßvorrichtung durchgeführt werden.
  • Der Lichtstrahl ist vorzugsweise ein gebündelter Lichtstrahl mit einem Strahlendurchmesser, der kleiner ist, als der kleinste Durchmesser der wenigstens einen Durchgangsöffnung, um einen freien unbeeinflußten Durchtritt zu ermöglichen. Ferner besitzt der Lichtstrahl vorzugsweise eine spezifische Polarisation. Insbesondere kann der Lichtstrahl ein Laser-Lichtstrahl sein, der beispielsweise eine spezifische Wellenlänge von 1310 nm und/oder 1550 nm aufweist.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird der Lichtstrahl mit einer vorbestimmten Frequenz gepulst, um eine Unterscheidung gegenüber einer Hintergrundstrahlung, die üblicherweise gemeinsam mit dem Lichtstrahl gemessen wird zu ermöglichen. Dabei liegt die Pulsfrequenz des Lichtstrahls beispielsweise zwischen 100 Hz und 10000 Hz liegt und ist wesentlich höher ist, als die Drehzahl des Substrats. Vorzugsweise ist die Pulsfrequenz des Lichtstrahls wenigstens um einen Faktor zehn höher ist, als die Drehzahl des Substrats. Beispielsweise wird das Substrat mit 20 bis 500 Umdrehungen pro Minute gedreht wird.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung werden die für die Transmissionswertermittlung verwendeten Meßsignale betreffend die Intensität des Lichtstrahls um den Anteil korrigiert, der nicht direkt vom Lichtstrahl stammt. Dies kann dadurch erreicht werden, dass von den Meßsignalen bei denen wenigstens auch der Lichtstrahl gemessen wird, der Anteil wenigstens eines Meßsignals abgezogen wird, bei dem kein Lichtstrahl gemessen wird.
  • Vorzugsweise erfolgt die Messung des mit der Temperatur des Substrats in Beziehung stehenden Parameters kontaktfrei über eine auf das Substrat gerichtete Strahlungsmesseinheit, insbesondere ein Pyrometer. Beispielsweise wird bei der Messung des wenigstens einen mit der Temperatur des Substrats in Beziehung stehenden Parameters, eine Messung in einem Ringbereich auf einer Substratoberfläche vorgenommen, wobei die Durchgangsöffnung im Ringbereich liegt. Dabei werden vorzugsweise bei der Messung des mit der Temperatur des Substrats in Beziehung stehenden wenigstens einen Parameter keine Messwerte aus dem Bereich der Durchgangsöffnung berücksichtigt.
  • Um eine möglichst homogene Substrattemperatur über das Substrat hinweg vorzusehen wird das Erwärmen und/oder Abkühlen des Substrats vorzugsweise mit einer Heiz- bzw. Kühlrate von kleiner als 10°C/s durchgeführt. Um Temperaturschwankungen innerhalb der jeweiligen Zeitperioden, in denen Messungen genommen werden zu vermeiden, besitzen die bestimmten Zeitintervalle bei einer Ausführungsform eine Zeitperiode von kleiner 2 Sekunden.
  • Um beispielsweise eine Kalibrierung in unterschiedliche Temperaturbereichen vorzusehen, ist bei einer Ausführungsform der Erfindung ferner vorgesehen eine Vielzahl von zweiten Transmissivitätswerten für das Substrat aus einem Vergleich zwischen der gemessenen Intensität des Lichtstrahls wenn er frei durch die wenigstens eine Durchgangsöffnung hindurchtritt, und des Lichtstrahls, wenn er durch das zweite Material hindurchgeht zu ermitteln, wobei der Vergleich jeweils für Meßwerte durchgeführt wird, die in bestimmte zweite Zeitintervalle fallen. Auch wenigstens ein mit der Temperatur des Substrats in Beziehung stehender Parameter wird innerhalb der bestimmten zweiten Zeitintervalle ermittelt und es erfolgt jeweils eine Zuordnung eines Temperaturwerts zu den ermittelten zweiten Transmissivitätswerten anhand der bekannten Vielzahl von Transmissivitäts-Temperatur-Messwerfen für das Substrat. Anschließend wird eine Beziehung zwischen den Temperaturwerten, die den innerhalb der bestimmten zweiten Zeitintervalle ermittelten zweiten Transmissivi zweiten Zeitintervalle gemessenen Parameter, der mit der Temperatur des Substrats in Beziehung steht, aufgezeichnet.
  • Das oben genannte Substrat und das Verfahren sind insbesondere geeignet für einen Einsatz in einer Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Substraten. Eine geeignete Vorrichtung besitzt eine thermische Prozeßkammer, eine Substrathalteeinrichtung zum Halten des Substrats in der Prozeßkammer, die einen Substrataufnahmebereich definiert, einen Rotationsmechanismus zum Drehen der Substrathalteeinrichtung, wenigstens eine Strahlungsquelle zum Abgeben von Heizstrahlung in die Prozeßkammer und wenigstens einen ersten Detektor, der auf den Substrataufnahmebereich gerichtet ist, um eine vom Substrat kommende Strahlung, wenn es in der Prozeßkammer aufgenommen ist, zu erfassen. Die geeignete Vorrichtung besitzt ferner wenigstens einen zweiten Detektor, wenigstens eine zweite Strahlungsquelle, die durch die Prozeßkammer und den Substrataufnahmebereich hindurch in Richtung des zweiten Detektors gerichtet ist, und Mittel zum Differenzieren der direkt von der zweiten Strahlungsquelle stammenden und am zweiten Detektor detektierten Strahlung gegenüber sonstiger am zweiten Detektor detektierten Strahlung. Eine solche Vorrichtung ist hervorragend zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren geeignet und bietet somit die damit verbundenen Vorteile.
  • Bei einer Ausführungsform ist wenigstens eine Vorrichtung zum mechanischen Öffnen und Schließen eines Strahlengangs zwischen zweiter Strahlungsquelle und der Substrataufnahmeebene vorgesehen. Alternativ und/oder zusätzlich kann auch eine Steuervorrichtung zum gepulsten Betrieb der zweiten Strahlungsquelle während einer thermischen Behandlung vorgesehen sein.
  • Um einen nicht von der zweiten Strahlungsquelle stammenden Anteil der auf den zweiten Detektor fallenden Strahlung zu verringern kann ein langgestreckter Strahlenkanal zwischen dem zweiten Detektor und der Prozeßkammer, der auf die zweite Strahlungsquelle gerichtet ist, vorgesehen sein. Dabei kann die Innenfläche des Strahlenkanals strukturiert sein und/oder aus einem stark Lichtabsorbierenden Material bestehen, um im Wesentlichen nur geradlinig hindurchtretendes Licht passieren zu lassen. Um gleichmäßige Transmissions-Messergebnisse in unterschiedlichen Vorrichtungen des obigen Typs zu gewährleisten, weist der auf das Substrat auftreffende Lichtstrahl der zweiten Strahlungsquelle eine spezifische Polarisation auf. Vorzugsweise emittiert die zweite Strahlungsquelle Licht mit einer spezifischen Wellenlänge, was eine Unterscheidung gegenüber Hintergrundstrahlung erleichtern kann. Dabei ist die zweite Strahlungsquelle bei einer Ausführungsform ein Laser, insbesondere ein Diodenlaser, der beispielsweise Licht mit einer Wellenlänge von 1310 nm und/oder 1550 nm emittiert. Zur Reduzierung der auf den zweiten Detektor fallenden Hintergrundstrahlung kann zwischen zweitem Detektor und der Prozeßkammer ein Filter angeordnet sein, der Licht mit einer Wellenlänge außerhalb der spezifischen Wellenlänge der zweiten Strahlungsquelle wenigstens teilweise herausfiltert.
  • Der erste Detektor und die zweite Strahlungsquelle sind bei einer Ausführungsform mit einem Abstand r1 zu einer Drehachse des Rotationsmechanismus auf den Substrataufnahmebereich gerichtet. Vorzugsweise ist die thermische Prozeßkammer die Prozeßkammer eines Schnellheizsystems zum thermischen Behandeln von Halbleiterwafern. Es kann eine Vielzahl von Strahlungsquellen zum Abgeben von Heizstrahlung in die Prozeßkammer vorgesehen sein, wobei jeweils wenigstens eine Strahlungsquelle oberhalb und unterhalb des Rotationsmechanismus vorgesehen ist. Dabei kann die wenigstens eine Strahlungsquelle zum Abgeben von Heizstrahlung in die Prozeßkammer wenigstens eine Halogenlampe und/oder wenigstens eine Bogenlampe aufweisen. Vorzugsweise weist der erste und/oder zweite Detektor eine auf das Substrat gerichtete Strahlungsmesseinheit, insbesondere ein Pyrometer auf.
  • Vorzugsweise ist eine Anordnung zum Kalibrieren einer Temperaturmessvorrichtung in einer Vorrichtung des oben beschriebenen Typs zum thermischen Behandeln von Substraten vorgesehen, bei der ein Substrat des oben beschriebenen Typs auf der Substrathaltevorrichtung derart aufgenommen ist, dass bei einer Drehung der Substrathaltevorrichtung die Durchgangsöffnung des Substrats in einen Strahlengang zwischen der zweiten Strahlungsquelle und dem zweiten Detektor eintritt.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dem Fachmann werden sich jedoch Ausgestaltungen und Abwandlungen der Beispiele, sowie Beispielskombinationen ergeben, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen, der durch die Ansprüche definiert wird.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere auch im Zusammenhang mit anderen. Einsatzgebieten oder Verfahren, als den hier beschriebenen mit Vorteil einsetzbar.
  • In den Zeichnungen zeigen jeweils schematisch:
  • 1 eine Querschnittsansicht einer Vorrichtung zur Messung der Transmission eines scheibenförmigen Substrates in einem thermischen Schnellheizsystem gemäß der Erfindung:
  • 2a bis 2d Draufsichten auf scheibenförmige Kalibrationssubstrate gemäß der Erfindung;
  • 3a bis 3h Querschnittsansichten von scheibenförmigen Kalibrationssubstraten gemäß der Erfindung entlang eines Kurvenradius;
  • 4a einen Temperatur-Zeitverlauf eines Kalibrationsprozesses;
  • 4b Roh-Messsignale eines auf ein Kalibrationssubstrat gemäß der Erfindung gerichteten Strahlungsmessers in Abhängigkeit von der Zeit bei rotierendem Kalibrationssubstrat;
  • 4c ein korrigiertes Messsignal gemäß 4b nach Abzug der thermischen Hintergrundstrahlung vom Roh-Messsignal;
  • 5a einen zeitlichen Ausschnitt aus dem Transmissions-Messsignal der
  • 4c während etwa vier Umdrehungen des Substrats;
  • 5b die relative Signalstärke eines Messsignals aus 4c als Funktion der Zeit während eine Durchgangsöffnung des Kalibrationssubstrats durch das Sichtfeld des Strahlungsmessers läuft;
  • 6 die gemessenen Transmissionen zweier verschiedener Substrate in Abhängigkeit von der Temperatur des jeweiligen Substrats
  • 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht durch ein thermisches Schnellheizsystem 1. Das Schnellheizsystem 1 ist zur thermischen Behandlung scheibenförmiger Substrate wie beispielsweise Halbleiterwafer vorgesehen. Es besitzt einen rahmenförmigen Hauptkörper 3, dessen obere und untere Enden durch Plattenelemente 5, 6 zur Bildung einer Schnellheizkammer 7 abgedeckt sind. Innerhalb der Schnellheizkammer 7 sind obere und untere Plattenelemente 14 bzw. 15 vorgesehen, welche die Schnellheizkammer 7 in eine obere Lampenkammer 17, eine untere Lampenkammer 18 und eine zwischen den Plattenelementen 14, 15 liegende Prozeßkammer 19 unterteilen. Die Plattenelemente 14, 15 bestehen aus optisch transparentem Material wie beispielsweise Quarz oder Saphir.
  • Im Bereich der oberen Lampenkammer 17 ist eine Vielzahl von Heizelementen 22, wie beispielsweise Halogen- oder Bogenlampen vorgesehen. Je nach Anwendungsgebiet können alle Heizlampen 22 desselben Typs sein, oder es können auch unterschiedliche Typen vorgesehen sein.
  • Im Bereich der unteren Lampenkammer 18 ist ebenfalls eine Vielzahl von Heizlampen 23 vorgesehen, die des gleichen Typs sein können, wie die Heizlampen 22 oder auch eines unterschiedlichen Typs.
  • In einer Seite des rahmenförmigen Hauptkörpers 3 ist eine mit einer Tür 25 verschließbare Ein/Ausgabeöffnung 26 zum Be- und Entladen der Prozeßkammer 19 vorgesehen. In 1 ist ein in der Prozeßkammer 19 aufgenommenes Substrat 30 dargestellt. Das Substrat 30 ist ein Kalibrationssubstrat und weist wenigstens einen von Material freien Bereich 32 auf. Das den Bereich 32 umgebende Material des Substrats besteht aus einem Material, das einen sich mit der Temperatur des Substrats ändernden Transmissionswert besitzt. Der Aufbau des Substrats 30 wird nachfolgend noch näher beschrieben. Für eine thermische Behandlung in der Prozeßkammer 19 aufgenommene Substrate weisen in der Regel keinen von Material freien Bereich 32 auf, besitzen jedoch ebenfalls häufig ein temperaturabhängiges Transmissionsverhalten.
  • Das Substrat 30 wird durch eine Substrathalteeinrichtung in der Prozeßkammer 19 gehalten, die Substrathaltestifte 35 aufweist. Die Substrathaltestifte 35 definieren eine Mehrpunkt-Substratauflage die mit einer zumindest teilweise in der Prozeßkammer 19 angeordneten Rotationsvorrichtung 38 fest verbunden ist. Anstelle der dargestellten Substrathaltestifte 35 kann die Substrathalteeinrichtung aber auch andere mit der Rotationsvorrichtung 38 verbundene Halteelemente aufweisen. Dabei ist das aufgenommene Substrat 30 so gehalten, dass der von Material freie Bereich 32 mit einem Abstand r1 zur Rotationsachse 40, die sich vorzugsweise durch den Mittelpunkt des Substrats erstreckt, beabstandet ist. Der von Material freie Bereich 32 ist somit auf einer Kreislinie drehbar, die nachfolgend als Messkreis 39 bezeichnet wird. Dabei dreht sich das Substrat 30 um seinen Substratmittelpunkt, so dass, wenn das Substrat rotiert, sich der von Material freie Bereich 32 immer im gleichen Abstand um den Substratmittelpunkt dreht.
  • Außerhalb der Schnellheizkammer 7 ist eine Strahlungsquelle 41 derart angeordnet, dass ein hiervon emittierter Lichtstrahl 46 durch eine Öffnung im Plattenelement 5 in die Schnellheizkammer 7 eintritt. Der Lichtstrahl 46 ist vorzugsweise ein gebündelter Lichtstrahl mit einer spezifischen Wellenlänge, der durch die Schnellheizkammer 7 hindurch auf eine der Öffnung im Plattenelement 5 gegenüberliegende erste Öffnung im Plattenelement 6 gerichtet ist. Der Lichtstrahl 46 schneidet die durch die Substrathaltestifte 35 definierte Substrataufnahmeebene im Wesentlichen im Rechten Winkel. Auf der von der Schnellheizkammer 7 abgewandten Seite der ersten Öffnung im Plattenelement 6 ist ein Detektor 51 angeordnet, der somit ebenfalls außerhalb der Schnellheizkammer 7 liegt. Obwohl die erste Öffnung im Plattenelement 6 als einfache Durchgangsöffnung mit geringer Länge dargestellt ist, kann sie auch als langgestreckter Kanal ausgebildet sein dessen Innenflächen strukturiert und/oder aus Licht absorbierendem Material ausgebildet sind, so dass im Wesentlichen nur geradlinig durch den Kanal hindurchtretendes Licht auf den ersten Detektor 51 fällt.
  • Ein weiterer Detektor 52, der ebenfalls außerhalb der Schnellheizkammer 7 angeordnet ist, ist durch eine zweite Öffnung im Plattenelement 6 hindurch auf das Substrat 30 gerichtet. Die zweite Öffnung im Plattenelement kann wiederum als langgestreckter Kanal, wie oben beschrieben, ausgebildet sein. Der zweite Detektor 52 besitzt ein Sichtfeld im Bereich der Substrataufnahmeebene, das nachfolgend als Messfleck 57 bezeichnet wird. In der Darstellung gemäß 1 schneidet der zuvor beschriebene Messkreis 39 den Messfleck 57, obwohl dies nicht unbedingt notwendig ist.
  • Die Strahlungsquelle 41 kann über eine nicht näher dargestellte Steuervorrichtung gepulst betrieben werden, d. h. dass sie mit einer bestimmten Pulsfrequenz abwechselnd an- und ausgeschaltet wird. Die Strahlungsquelle 41 ist beispielsweise ein Laser oder eine Laserdiode die beispielsweise mit einer spezifischen Wellenlänge von 1310 nm und/oder 1550 nm emittiert. Komplementär hierzu kann insbesondere zwischen dem Detektor 51 und der Schnellheizkammer 7 ein Filter vorgesehen sein, der im Wesentlichen nur Strahlung mit der spezifischen Wellenlänge der Strahlungsquelle 41 passieren lässt. Die Strahlungsquelle 41 kann aber auch eine Halogen- oder Bogenlampe sein, deren Lichtstrahl ebenfalls gepulst werden kann, wie beispielsweise mit einem mechanischem sich durch den Strahlengang bewegenden Element, das auch als Chopper bezeichnet wird. Alternativ kann der Lichtstrahl auch hinsichtlich der Intensität oder sonstig moduliert werden, um beispielsweise eine Unterscheidung zu anderer in der Schnellheizkammer 7 befindliche und gegebenenfalls auf den Detektor 51 auftreffende Strahlung zu ermöglichen.
  • Der Detektor 51 und der weitere Detektor 52 sind vorzugsweise jeweils Strahlungsmesser, welche die Intensität einer auf sie auftreffenden Lichtstrahlung messen, wie beispielsweise ein Pyrometer. Dabei ist der weitere Detektor 52 vorzugsweise thermisch kalibriert, wenn es sich bei der Schnellheizvorrichtung 1 um eine sogenannte Referenzkammer handelt, oder er lässt sich unter Verwendung des Kalibrationssubstrats thermisch kalibrieren, wie nachfolgend noch näher erläutert wird. Der weitere Detektor 52 ist vorgesehen um eine Emissionsstrahlung des Substrats 30 im Messfleck 57 zu erfassen. Bei rotierendem Substrat wird dadurch die Emissionsstrahlung eines auf dem Messkreis 39 liegenden Ringbereichs erfasst.
  • Nachfolgend wird der Betrieb der oben beschriebenen Vorrichtung bei der Ermittlung einer Vielzahl von Transmissionswerten des Substrats 30 als Funktion der Substrattemperatur erläutert, wobei davon ausgegangen wird, dass die Schnellheizvorrichtung 1 eine Referenzvorrichtung ist, bei der der weitere Detektor 52 thermisch kalibriert ist. Zunächst wird das Substrat 30 durch die Öffnung 26 in das Innere der Prozeßkammer 19 gebracht und auf den Substrathaltestiften 35 abgelegt. Die Öffnung 26 wird mit der Tür 25 verschlossen. Das Substrat 30 wird mit der Rotationsvorrichtung 38 in Rotation versetzt und mit den Heizelementen 22, 23 langsam aufgeheizt. Der Aufheizvorgang erfolgt vorzugsweise über mehrere Minuten mit einer Aufheizrate von kleiner 10°C pro Sekunde vorzugsweise kleiner 3°C pro Sekunde. Alternativ ist auch ein plateauförmiges Aufheizen des Substrats möglich, bei dem die Temperatur schrittweise erhöht wird und für eine bestimmte Zeit auf einer Temperatur gehalten wird. Während des Aufheizens wird das Substrat 30 gedreht wird. Dabei wird das Substrat 30 beispielsweise mit 20 bis 500 Umdrehungen pro Minute gedreht, um zu gewährleisten, dass sich das Substrat bei jeder der nachfolgend beschriebenen Temperaturmessungen im thermischen Gleichgewicht befindet.
  • Zur Bestimmung eines ersten Transmissionswerts für das Substrat wird zu einem Zeitpunkt t1 während des Aufheizvorgangs eine von der Strahlungsquelle 41 emittierte, das rotierende Substrat 30 durchquerende Strahlung 46 mit dem Detektor 51 durch das Substratmaterial hindurch gemessen. Dabei ergibt sich ein erster Messwert, der mit einem zweiten Messwert des Detektors 51 verglichen wird, der gemessen wurde, als der erste Lichtstrahl 46 durch den von Material freien Bereich 32 des Substrats 30 hindurch getreten ist. Aus dem Verhältnis dieser beiden Messwerte lässt sich nun ein erster Transmissionswert ermitteln, der gespeichert wird. Die für die Ermittlung des ersten Transmissionswerts verwendeten Messwerte des ersten Detektors sind vorzugsweise um den Anteil korrigiert, der nicht direkt vom Lichtstrahl 46 stammt. Dies kann bei gepulstem Lichtstrahl 46 beispielsweise dadurch erreicht werden, dass von den Messwerten bei denen wenigstens auch der Lichtstrahl 46 gemessen wird (Lichtstrahl an), der Anteil wenigstens eines weiteren Messwerts des Detektors 51 abgezogen wird, bei dem kein Lichtstrahl 46 gemessen wird (Lichtstrahl aus).
  • Zeitgleich, oder nahezu zeitgleich mit dem Zeitpunkt t1 wird die vom Substrat 30 emittierte Wärmestrahlung mit dem weiteren Detektor 52 gemessen, der thermisch bereits kalibriert ist. Aus diesem Wärme-Messwert wird nun eine Temperatur T1 des Substrats ermittelt (der Detektor 52 ist thermisch kalibriert) und ebenfalls gespeichert. Dabei ist es nicht unbedingt notwendig, dass die aus dem Wärme-Messwert ermittelte Temperatur genau der Absoluttemperatur entspricht. Vielmehr wird eine Referenztemperatur angegeben, die bei einer nachfolgenden Kalibrierung anderer Detektoren in anderen Schnellheizkammern verwendet wird. In der Referenzkammer erfolgreich getestete thermische Prozesse können dann auf diese anderen Kammern übertragen werden, da die Detektoren jeweils an den Referenzdetektor angepasst sind und somit eine gleiche Temperaturführung der thermischen Prozesse gewährleisten.
  • Der ermittelte erste Transmissionswerts kann nun mit der Temperatur T1 in Beziehung gesetzt werden. Die obigen Messungen werden zu einer Vielzahl von Zeitpunkten wiederholt um ein Vielzahl von Transmissionswerten bei unterschiedlichen Temperaturen des Substrats vorzusehen. Diese Werte, bzw. Wertepaare aus Transmissionswerten und Temperatur werden dann in einer Tabelle für das so vermessene Substrat gespeichert. Natürlich ist es auch möglich statt diskreter Einzelwerte in einer Tabellenform jeweilige Transmissionswertekurven in Abhängigkeit von einer Temperatur des Substrats aus den obigen Werten zu extrahieren. Die jeweiligen Messungen können sowohl während einer Aufheizphase als auch einer Abkühlphase des Substrats erfolgen. Das Substrat 30 wurde auf die oben beschrieben Art und Weise hinsichtlich seines temperaturabhängigen Transmissionsverhaltens sozusagen eingemessen.
  • Ein solches Substrat kann nun in einer beliebigen Schnellheizvorrichtung des obigen Typs eingesetzt werden, um den darin befindlichen zweiten Detektor thermisch zu kalibrieren. Hierbei wird im wesentlichen in ähnlicher Weise wie oben beschrieben verfahren, wobei nun jedoch einem jeweiligen ermittelten Transmissionswert ein Temperaturwert gemäß der Tabelle (oder der Kurve) zugeordnet wird. Dieser Temperaturwert wird nun dem Messwert des weitern Detektors 52 zugewiesen um ihn zu kalibrieren. Wie oben erwähnt ist es dabei nicht unbedingt notwendig, dass der aus der Tabelle ermittelte Temperaturwert genau der Absoluttemperatur ent spricht (obwohl dies vorzugsweise annähernd der Fall sein sollte). Vielmehr wird der weitere Detektor 52 in der gleichen Art und Weise eingestellt wie der beim Einmesszyklus verwendete weitere Detektor 52. Hierdurch lassen sich Unterschiede hinsichtlich der thermischen Prozessführung zwischen verschiedenen Schnellheizanlagen verhindern bzw. wenigstens verringern.
  • Da sich der von Material freie Bereich 32 des Substrats 30 phasenweise im Strahlengang des Lichtstrahls 46 befindet, wird die durch die Kammer hindurch gemessene Intensität der Strahlungsquelle 41 auf dem gleichen optischen Strahlungsweg wie die durch das Substrat hindurch gemessene Transmissionsstrahlung mit dem Detektor 51 erfaßt und kann als Referenzwert (zweiter Messwert) dienen, um den Transmissionswert zu ermitteln, wie oben beschrieben. Durch Vergleich des Referenzwerts mit dem ersten Messwert können Änderungen in den Kammereigenschaften und Änderungen der Hintergrundstrahlung erfaßt werden, so dass die Transmissionsstrahlung durch das Substrat 30 hindurch normiert auf den Referenzwert die tatsächliche Transmissionseigenschaft des Substrats auch bei sich ändernden Kammereigenschaften und sich ändernder Intensität der Strahlungsquelle 41 widerspiegelt.
  • Der Strahlungshintergrund (d. h. nicht von der Strahlungsquelle 41 stammende und auf den Detektor 51 fallende Hintergrundstrahlung) kann vorteilhaft, wie oben beschrieben ermittelt und korrigiert werden. Dabei wird die Strahlungsquelle 41 beispielsweise gepulst betrieben und der Detektor 51 erfasst die der Hintergrundstrahlung, wenn die Strahlungsquelle 41 ausgeschaltet ist. Der Anteil der von der Strahlungsquelle 41 gemessenen Transmissionsstrahlung (durch das Substrat) kann somit aus der mit dem Detektor 51 detektierten Strahlung nach Abzug der Hintergrundstrahlung genau bestimmt werden. Die Pulsfrequenz der Strahlungsquelle 41 liegt vorzugsweise zwischen 100 Hz und 10 kHz und ist dabei vorteilhaft wenigstens zehn mal so hoch wie die Rotationsfrequenz des Substrats. Es können aber auch andere Maßnahmen eingesetzt werden, die eine Unterscheidung zwischen Transmissionsstrahlung und Hintergrundstrahlung ermöglichen.
  • Anhand der 2a) bis d) werden nun unterschiedliche Ausführungsformen von scheibenförmigen Substraten 30, die in der obigen Art und Weise eingesetzt werden können, näher erläutert. Die Figuren zeigen jeweils eine schematische Draufsicht auf die Substrate 30. In den 2a) bis d) werden die gleichen Bezugszeichen verwendet, sofern dieselben oder äquivalente Elemente bezeichnet werden.
  • Die Substrate 30 weisen jeweils einen ersten Halbleiterwafer 101 auf, der mit einem vorbestimmten Abstand zur Mitte des Halbleiterwafers 101 eine Durchgangsöffnung 102 besitzt. In einer Schnellheizanlage 1 des obigen Typs werden die Substrate vorzugsweise zentrisch so angeordnet, dass ein Mittelpunkt des ersten Halbleiterwafers 101, mit der Rotationsachse 40 zusammenfällt und die Durchgangsöffnung 102 auf den Messkreis 39 fällt, der jeweils schematisch in den 2a) bis d) angedeutet ist. Das Material des Halbleiterwafers 101 ist ein Material, das ein temperaturabhängiges Transmissionsverhalten zeigt. Dabei ist das Material so gewählt, dass es über eine Vielzahl von thermischen Zyklen, wie z. B. den oben beschriebenen Einmess- und Kalibrationsszyklen hinweg, ein gleich bleibendes temperaturabhängiges Transmissionsverhalten zeigt. Um dies zu erreichen, sollten die jeweiligen Einmess- und Kalibrationszyklen in einer kontrollierten, die Eigenschaften des Halbleiterwafers 101 nicht verändernden Prozeßatmosphäre, wie beispielsweise in einem Inertgas und/oder im Vakuum erfolgen. Ferner sollte der Halbleiterwafer zwischen den Einmess- und Kalibrationszyklen möglichst in einer kontrollierten Atmosphäre gelagert werden, um zu verhindern, dass sich seine Eigenschaften verändern.
  • 2a) offenbart eine einfache Form eines scheibenförmigen Substrats (Kalibrationssubstrats) 30 bestehend aus einem ersten Halbleiterwafer 101, der eine bogenförmige Durchgangsöffnung 102 aufweist, welche auf dem Messkreis 39 angeordnet werden kann. Obwohl die Durchgangsöffnung 102 bogenförmig dargestellt ist, muss sie nicht notwendigerweise bogenförmig ausgebildet sein. Ferner ist sie auf dem Substrat so angeordnet, dass der mittlere Bogenradius der Durchgangsöffnung 102 den gleichen Radius hat, wie der Messkreis 39 und somit entlang des Messkreises 39 verläuft. Bei dieser Ausführungsform entspricht die Durchgangsöffnung 102 dem Bereich 32 des in 1. gezeigten Substrats 30.
  • 2b) zeigt ein Ausführungsbeispiel ähnlich 2a), wobei die Durchgangsöffnung 102 jedoch von einem weiteren Substrat 103 teilüberdeckt ist. Hierüber entsteht auf dem Messkreisradius 39 ein erster Bereich, der nur vom Halbleiterwafer 101 überdeckt ist, ein von Material freier Bereich (entsprechend dem Bereich 32 des in 1. gezeigten Substrats 30), ein weiterer Bereich, der nur vom Substrat 103 überdeckt ist und ein vierter Bereich, der vom Halbleiterwafer 101 und vom Substrat 103 überdeckt ist.
  • Ein solches Substrat kann beispielsweise für eine Messung der Transmission im Bereich zwischen 700 und 1100 Grad Celsius eingesetzt werden. Dabei ist der erste Halbleiterwafer ein beliebig dotierter, vorteilhafterweise jedoch ein niedrigdotierter Halbleiterwafer aus Silizium mit vorzugsweise einer Dicke von 700 bis 800 μm, welcher eine Fremdstoffdotierung von höchstens 1E16 cm–3 aufweist. Die Durchgangsöffnung 102 ist vorzugsweise ein bogenförmiger Durchbruch auf dem Messradius, der vorzugsweise etwa 3 bis 7 mm breit ist. Auf dem Durchbruch fixiert und diesen teilüberdeckend ist das Substrat 103, welches vorzugsweise aus Wafermaterial wie beispielsweise Silizium besteht, vorteilhafterweise ebenfalls eine niedrige Dotierung von höchstens 1E16 cm–3 aufweist und vorzugsweise eine Dicke zwischen 20 und 200 μm und insbesondere zwischen 30 und 70 μm aufweist, angeordnet.
  • Das scheibenförmige Substrat 30 kann beispielsweise folgendermaßen hergestellt werden: Als Ausgangsmaterial kann zunächst ein niedrig dotierter Wafer 101 der Standarddicke 775 μm mit einer Dotierstoffkonzentration von weniger als 1E16 cm–3 genommen werden. Aus diesem Wafer wird entlang der Messkreislinie 39 um den Wafermittelpunkt ein bogenförmiges Stück von etwa 120 Grad heraus gefräst, so dass ein etwa 3 bis 7 mm breiter bogenförmiger Durchbruch 102 entsteht. In einem zweiten Schritt wird ein etwa 40 bis 60 μm dickes aus Silizium bestehendes, ebenfalls niedrig dotiertes Waferstück 103 mit einer Dotierstoffkonzentration von weniger als 1E16 cm–3 auf dem Durchbruch derart fixiert, dass ein Teil des Durchbruchs abgedeckt ist und ein weiterer Teil des Durchbruchs frei bleibt. Ein auf diese Weise hergestelltes Substrat 30 ist insbesondere für Kalibrationszyklen im Temperaturbereich von 700 Grad Celsius bis 1100 Grad Celsius geeignet, da ein niedrigdotierter Wafer mit einer Dicke von etwa 40 bis 60 μm für IR-Strahlung bis zu einer Temperatur von 1100 Grad Celsius noch durchlässig sein kann, während die Transmission eines niedrigdotierten Wafers der Standarddicke von 775 μm bereits oberhalb von ca. 800 Grad Celsius gegen null geht.
  • Der erste Halbleiterwafer 101 dient hier also unter anderem als Grundsubstrat und zur Stabilisierung des Substrats 103. Wenn bei einem entsprechenden Einmesszyklus beide Halbleitermaterialien hinsichtlich ihres Transmissionsverhaltens eingemessen werden, kann gegebenenfalls der Temperaturbereich, in dem ein sinnvolles temperaturabhängiges Transmissionsverhalten ermittelt werden kann, ausgeweitet werden. Dabei sei bemerkt, dass auf dem Messkreis 39 gegebenenfalls noch weitere Bereiche mit jeweils unterschiedlichen temperaturabhängigen Transmissionsverhalten vorgesehen sein können.
  • Alternativ zu dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren kann das in 2b) hergestellte Substrat auch aus einem einzigen Halbleiterwafer 101 bestehen, der im Bereich 103 eine unterschiedliche Dotierung besitzt als im restlichen Bereich. Dabei kann die Dotierung beispielsweise von Oben her eingebracht werden. Anschließend wird nun die Durchgangsöffnung 102 auf dem Messkreis 39 derart ausgebildet, dass ihre entgegengesetzten Enden jeweils unterschiedlich dotierte Bereiche berühren. Ferner wird auf der Unterseite des Substrats im Bereich 103 eine Ausnehmung ausgebildet, die die Bogenform der Durchgangsöffnung 102 fortsetzt. Hierdurch wird ein benachbart zur Durchgangsöffnung 102 liegenden Abschnitt des Bereichs 103 mit reduzierter Dicke vorgesehen und zwar analog zu dem Aufbau des Substrats 30 aus zwei separaten Halbleiterwafern, die zusammengefügt wurden.
  • 2c) zeigt ein Beispiel eines Kalibrationssubstrats 30, bei dem sich auf dem Messkreis 39 eine nicht überdeckte Durchgangsöffnung 102, sowie eine weitere Durchgangsöffnung 104 befindet, welche von einem zweiten Substrat 103 voll überdeckt ist. Bei diesem Beispiel entspricht die Durchgangsöffnung 102 dem von Material freien Bereich 32 gemäß 1. Wiederum ist es möglich das Substrat aus einem einteiligen Halbleiterwafer beispielsweise mit unterschiedlichen Dotierungsbereichen auszubilden, die einerseits durchbrochen und anderseits nicht durchgehend ausgenommen sind.
  • 2d) zeigt eine Ausführungsform bei der das Substrat 103 ein weiterer Halbleiterwafer ist, der mit dem ersten Halbleiterwafer 101 fest verbunden ist, so dass vorteilhafterweise die Mittelpunkte der beiden Halbleiterwafer aufeinander liegen. Der erste Halbleiterwafer 101 weist eine erste Durchgangsöffnung 102 auf, welche auf dem ersten Halbleiterwafer 101 so angeordnet ist, dass der Rand des Messkreises 39 um den Mittelpunkt des Halbleiterwafers 101 von der ersten Durchgangsöffnung 102 zumindest teilüberdeckt wird. Der zweite Halbleiterwafer 103 weist eine weitere Durchgangsöffnung 106 auf, die so auf dem zweiten Halbleiterwafer 103 angeordnet ist, dass der Rand eines Kreises um den Mittelpunkt des zweiten Halbleiterwafers 103 mit gleichem Radius, wie der Radius des Messkreises 39 von der weiteren Durchgangsöffnung 106 zumindest teilüberdeckt wird. In diesem Fall entspricht nun die Durchgangsöffnung 106 dem von Material freien Bereich 32 des in 1 dargestellten Substrats 30.
  • Die beiden Halbleiterwafer 101 und 103 sind miteinander fest verbunden, wobei die äußeren Ränder des ersten Halbleiterwafers und die äußeren Ränder des zweiten Halbleiterwafers zusammenfallen. Beide Halbleiterwafer werden dabei vorteilhafterweise mittels Bonding miteinander verbunden. Sie können jedoch auch mit Klebstoff aneinandergeklebt oder mit Schrauben oder anderen Befestigungsmitteln miteinander verbunden werden. Vorzugsweise werden beide Halbleiterwafer so miteinander verbunden, dass die erste Durchgangsöffnung 102 und die zweite Durchgangsöffnung 106 sich zumindest teilweise so überlappen, dass sie, wenn sie miteinander verbunden sind, einen gemeinsamen materialfreien Durchlaßbereich zum Durchlaß der optischen Strahlung der Transmissionslichtquelle aufweisen.
  • Für Temperaturmessungen zwischen 400 und 700 Grad Celsius ist der erste Halbleiterwafer vorzugsweise hochdotiert mit einer Fremdstoffdotierung von wenigstens 5 × 1E17 cm–3 und hat vorteilhafterweise eine Dicke zwischen 700 und 800 μm. Der zweite Halbleiterwafer ist niedrigdotiert mit einer Fremdstoffdotierung von höchstens 1E16 cm–3 und hat vorzugsweise eine Dicke zwischen 500 und 800 μm. Die Halbleiterwafer bestehen beispielsweise aus Siliziummaterial, GaAs, SiC, InP, oder einem anderen Verbindungshalbleitermaterial.
  • Beispielsweise kann das scheibenförmige Substrat 30 dadurch hergestellt werden, dass aus einen hochdotierten Wafer von Standarddicke mit einer Dotierstoffkonzentration von wenigstens 5E17 cm–3 ein entlang der Messkreislinie 39 um den Wafermittelpunkt bogenförmiges Stück von etwa 120 Grad heraus gefräst wird, welches eine Breite von etwa 3 bis 7 mm hat, so dass ein ca. 5 mm breiter bogenförmiger Durchbruch 102 entsteht. In einem zweiten Schritt wird ein niedrig dotierter Wafer 103 gleicher Größe mit einer Standarddicke von beispielsweise 775 μm mit einem Loch auf der Messkreislinie 39 versehen, dessen Lochdurchmesser etwa so breit ist, wie die Breite des bogenförmigen Durchbruchs des hoch dotierten Wafers, wobei der niedrig dotierte Wafer eine Dotierstoffkonzentration von weniger als 1E16 cm–3 aufweist. Nun werden die beiden Wafer 101 und 103 derart aufeinander gelegt, dass das Loch des niedrig dotierten Wafers auf der Ausfräsung des hochdotierten Wafers zu liegen kommt und anschließend fest miteinander verbunden. Generell sind auch Varianten mit Löchern auf mehreren Messradien denkbar, wenn z. B. mehrere Pyrometer gleichzeitig zu kalibrieren sind und/oder mehrere Tranmissionsmesseinheiten gleichzeitig betrieben werden sollen. Sollen mehrere Pyrometer gleichzeitig kalibriert werden, kann es jedoch auch vorteilhaft sein, dass diese auf dem gleichen Meßradius angeordnet werden.
  • Die 3a) bis h) zeigt weitere Ausführungsformen von scheibenförmigen Substraten 30 im Querschnitt entlang des Messkreises im Bogenmaß zwischen 0 und 2 Pi. In den 3a) bis h) werden die gleichen Bezugszeichen verwendet, sofern dieselben oder äquivalente Elemente bezeichnet werden.
  • 3a) zeigt im Bogenmaßquerschnitt entlang des Messkreises einen ersten Halbleiterwafer 101, mit einer Durchgangsöffnung 102, die von einem Substratstück 103 teilüberdeckt ist.
  • 3b) zeigt ein weiteres Beispiel, bei welcher das Substratstück 103 die Durchgangsöffnung 102 nicht überdeckt.
  • 3c) zeigt ein Beispiel, bei dem der erste Halbleiterwafer 101 die Durchgangsöffnung 102 aufweist, sowie ein als Bereich des Halbleiterwafers 101 ausgebildetes Substrat 103 aus einem anderen Material. Eine Ausführungsform dieser Art kann beispielsweise dadurch gebildet werden, dass das Halbleiterwafermaterial 101 an dieser Stelle mit einer anderen Dotierung versehen wird, oder mit beispielsweise einer reflektierenden oder nicht reflektierenden Schicht (z. B. einer metallischen Beschichtung) versehen wird. Vorzugsweise bildet hier zumindest eine Oberfläche des Halbleiterwafers 101 zusammen mit einer Oberfläche des Bereichs 103 jeweils eine ebene Fläche, kann aber auch wie oben beschrieben, beispielsweise angrenzend zur Durchgangsöffnung 102 ein reduzierte Dicke besitzen.
  • 3d) offenbart ein Substrat 30 bestehend aus dem Halbleiterwafer 101 mit einer ersten Durchgangsöffnung 102 und einer hierzu beabstandeten zweiten Durchgangsöffnung 104. Die ersten und zweiten Durchgangsöffnungen 102, 104 besitzen unterschiedliche Abmessungen in Bogenlauflänge, obwohl dies nicht unbedingt der Fall sein muss. Die erste Durchgangsöffnung 102 ist dabei mit einem Substrat 103 teilweise überdeckt; während die zweite Durchgangsöffnung frei ist.
  • 3e) zeigt ein Beispiel ähnlich 3d) mit ersten und zweiten Durchgangsöffnungen 102, 104. Diesmal ist jedoch die zweite Durchgangsöffnung 104 mit dem Substratmaterial 103 vollständig überdeckt und die erste Durchgangsöffnung 102 frei.
  • Die 3f) und 3g) zeigen Beispiele, bei denen das Substrat 103 eine Durchgangsöffnung 106 aufweist, die die Durchgangsöffnung 102 des ersten Halbleiterwafers 101 teilweise überdeckt. Das Substrat 103 kann dabei die Form eines scheibenförmigen Substrats aufweisen, das, bis auf die Durchgangsöffnung 106 die gleiche Form wie der erste Halbleiterwafer 101 aufweist. Vorzugsweise ist das Substrat 103 ein zweiter Halbleiterwafer.
  • 3h) zeigt schließlich ein Beispiel bei welchem das Substrat 30 aus dem Halbleiterwafer 101 mit den Durchgangsöffnungen 102, 104, sowie aus zwei weiteren Materialien besteht. Der Halbleiterwafer 101 ist dabei vorzugsweise mit einem zweiten Halbleiterwafer 103 fest verbunden. Der zweite Halbleiterwafer 103 weist eine Durchgangsöffnung 106 und eine weitere Durchgangsöffnung 108 auf. Die Durchgangsöffnungen 106 und 108 sind so angeordnet, dass sie die Durchgangsöffnungen 102 bzw. 104 des ersten Halbleiterwafers 101 teilweise überdecken. Der zweite Halbleiterwafer 103 ist mit einem weiteren scheibenförmigen Substrat 109, vorzugsweise einem dritten Halbleiterwafer gleicher Größe verbunden, welcher eine Durchgangsöffnung 110 aufweist, die so angeordnet ist, dass sie die Durchgangsoff nungen 102 und 106 so überdeckt, dass wenigstens ein Bereich übrigbleibt, der für optische Strahlung frei passierbar ist.
  • 4a zeigt den Temperatur-Zeitverlauf eines Kalibrationsprozesses, welches an einem scheibenförmigen in einer Schnellheizkammer rotierenden Substrat (30) durchgeführt wurde. Das scheibenförmige Substrat (30), welches für diese Messung verwendet wurde, war gemäß der Ausführungsform in 2b aufgebaut: Ausgangsmaterial war ein niedrig dotierter Wafer 101 der Standarddicke 775 μm mit einer Dotierstoffkonzentration von weniger als 1E16 cm–3 Bor. Aus diesem Wafer wurde entlang der Messkreislinie 39 um den Wafermittelpunkt ein bogenförmiges Stück von etwa 120 Grad herausgefräst, so dass ein etwa 5 mm breiter bogenförmiger Durchbruch 102 entstand. In einem zweiten Schritt wurde ein 54 μm dickes aus Silizium bestehendes, ebenfalls niedrig dotiertes Waferstück 103 mit einer Dotierstoffkonzentration von weniger als 1E16 cm–3 Phosphor auf dem Durchbruch derart fixiert, dass ein Teil des Durchbruchs abgedeckt war und ein Teil des Durchbruchs frei blieb.
  • Im Beispiel wurden Transmissionsmessungen während einer Open-loop-Heizsequenz aufgenommen. Zunächst wurde etwa 250 Sekunden lang das Substrat 30 aufgeheizt. Anschließend wurde es etwa 80 Sekunden lang abgekühlt. Das scheibenförmige Substrat wurde dabei in einer Schnellheizanlage, welche mit Halogenlampen zum Aufheizen des Substrats versehen war, langsam aufgeheizt. Die Temperatur des scheibenförmigen Substrats wurde mit einem thermisch kalibrierten Pyrometer gemessen und in Abhängigkeit von der Zeit als Kurve 200 aufgezeichnet.
  • 4b zeigt ein beispielhaftes während des Kalibrationsprozesses mit dem Detektor 51 aufgezeichnetes Signal 210 der Lichtquelle 41 durch das rotierende Substrats 30 hindurch. Das Signal zeigt die Form der Signalspannung des Detektors 51 als Funktion der Zeit, während die Lichtquelle 41 moduliert wird. Wie zu erkennen ist, ergeben sich dabei eine Vielzahl von oberen Messwerten, die eine obere Kurve 212 beschreiben und welche der Signalspannung entsprechen, wenn der Lichtstrahl der Lichtquelle 41 durch eine Durchgangsöffnung des Substrats frei hindurchtritt. Wie zu erkennen ist, ergeben sich dabei eine auch Vielzahl von mittigen Messwerten, die eine mittige Kurve 214 beschreiben und welche der Signalspannung entsprechen, wenn der Lichtstrahl der Lichtquelle 41 durch das dünne Halbleitermaterial des Substrats hindurchgeht. Die Kurve 214 fällt, wie zu erwarten ist, bei ansteigender Temperatur ab, da die Transmissivität des Substrats bei höheren Temperaturen abnimmt.
  • Als Lichtquelle 41 wurde eine mit 500 Hz gepulst betriebene IR-Laserdiode mit einer Emissionswellenlänge von 1550 nm verwendet. Der Detektor 51 nimmt sowohl die Strahlung der Laserdiode, als auch Fremd-Strahlungsanteile der das Substrat 30 aufheizenden Halogenlampen (Lampenstrahlung) sowie Teile der Eigenstrahlung des Substrats (Waferstrahlung) auf. Dies ist gut dadurch zu erkennen, dass die oberen Messwerte entsprechend der Temperaturerhöhung eine Kurve beschreiben, obwohl die maximale Strahlungsintensität der Lichtquelle 41 sich über die Zeit hinweg nicht ändern sollte. Die Summe dieser Fremd-Strahlungsanteile (Hintergrundstrahlung) kann ermittelt werden, indem man das vom Detektor 51 gemessene Signal bei ausgeschalteter Laserdiode mißt und diesen Wert von der vom Detektor 51 gemessenen Signalspannung bei eingeschalteter Laserdiode abzieht.
  • Kurve 220 in 4c zeigt ein um die Hintergrundstrahlung berichtigtes Signal. Wieder sind die obere Kurve 212 und die untere Kurve 214 zu erkennen. Die obere Kurve 212 ist nunmehr, wie zu erwarten, flach und die untere Kurve geht bei ansteigender Temperatur gegen Null. Aus einem Verhältnis zwischen den Messwerten der Kurven 212 und 214 lässt sich nun ein temperaturabhängiges Transmissionsverhalten des Substrats ermitteln. Am rechten Ende ist übrigens zu erkennen, dass die untere Kurve bei sinkender Temperatur wieder anfängt anzusteigen. Aufgetragen ist die Differenzspannung in Volt gegen die Zeit.
  • 5a zeigt den Verlauf der Kurve 220 während etwa vier Umdrehungen des Substrats 30 in der Schnellheizkammer. Die Maxima 221 der Kurve 220 zeigen die Höhe des Transmissionssignals, wenn die Lichtquelle 41 durch das Loch im Substrat 30 hindurch auf den Detektor 51 trifft und können als Referenz für die Ausgangsintensität 10 der Lichtquelle 41 verwendet werden. Die Plateaus 222 der Kurve 220 zeigen die Höhe des Transmissionssignals der Lichtquelle 41 durch das niedrigdotierte dünne Waferstück 103 hindurch. Die Plateaus 223 zeigen die Höhe der Transmissionsstrahlung durch den niedrig dotierten dicken Wafer 101 hindurch. Wie aus diesem Kurvenausschnitt zu entnehmen ist, ist der Wafer 101 bei einer Wafertemperatur von etwa 660 Grad Celsius (entnommen aus 4a) für die Messwellenlänge 1550 nm des verwendeten IR-Lasers optisch noch semitransparent, da die auf der y-Achse aufgetragene Differenzspannung ca. 0,3 Volt beträgt. Die Minima 224 der Kurve 220 zeigen schließlich die Höhe des Transmissionssignals der Lichtquelle 41 durch den dicken und den dünnen Wafer hindurch.
  • 5b zeigt einen schmalen Ausschnitt aus dem Verlauf der Kurve 220 zwischen 244,36 Sekunden und 244,42 Sekunden, während der IR-Laser das Loch im Substrat 30 passiert. Zu diesem Zeitpunkt hat das Substrat eine Temperatur von etwa 1050 Grad Celsius erreicht. Die Einzelmessungen sind als Punkte 225 dargestellt. Aus dem Verlauf der Messung ist zu erkennen, dass nach Passieren des Loches kein Transmissionssignal des IR-Lasers mehr gemessen werden kann. Dies liegt daran, dass bei einer Temperatur von 1050 Grad Celsius der dünne Wafer für die IR-Strahlung des IR-Lasers ebenfalls kaum mehr durchlässig ist.
  • 6 zeigt den Verlauf eines Transmissionskoeffizienten 310 im logarithmischen Maßstab als Funktion der Temperatur für einen niedrig dotierten dünnen Wafer, sowie den Verlauf eines Transmissionskoeffizienten 320 im logarithmischen Maßstab als Funktion der Temperatur für einen niedrig dotierten dicken Wafer.
  • Ohne Beschränkung des erfinderischen Gedankens können die das Substrat 30 bildenden Materialien 101, 103 und 109 beispielsweise gleiche oder verschiedene Metalle oder Halbleiter sein. Das Substrat 30 kann aus Halbleitermaterialien wie beispielsweise Si, GaAs, InP, SiC oder anderen Verbindungshalbleitermaterialien bestehen und mit lokal unterschiedlichen Dotiermaterialien und Dotierkonzentrationen versehen sein. Im Falle von Silizium kann beispielsweise B, As, P oder Sb als Dotiermaterial Verwendung finden. Die das Substrat 30 bildenden Materialien 101, 103 und 109 können sowohl lokal als auch insgesamt gleiche oder unterschiedliche reflektierende Eigenschaften besitzen. Sie können spiegelnde und nicht spiegelnde Bereiche aufweisen, sowie lokal unterschiedlich beschichtet sein.

Claims (58)

  1. Scheibenförmiges Substrat (30) zum Kalibrieren einer Temperaturmessvorrichtung in einer Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Halbleiterwafern, wobei das Substrat (30) wenigstens teilweise aus einem ersten Material besteht, das in Abhängigkeit seiner Temperatur sein Transmissionsverhalten ändert, gekennzeichnet durch wenigstens eine Durchgangsöffnung (32) in dem ersten Material, die wenigstens in einem Teilbereich einen freien Durchgang für optische Strahlung durch das Substrat (30) bildet.
  2. Substrat (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Durchgangsöffnung (32) mit einem Abstand r1 zum Mittelpunkt des Substrats (30) angeordnet ist.
  3. Substrat (30) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Durchgangsöffnung (32) vollständig von dem ersten Material umrandet ist.
  4. Substrat (30) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Durchgangsöffnung (32) bogenförmig ist und auf einer Kreislinie mit Abstand r zum Mittelpunkt des Substrats (30) liegt.
  5. Substrat (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material ein erster Halbleiterwafer (101) ist.
  6. Substrat (30) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Halbleiterwafer (101) ein Siliziumwafer ist.
  7. Substrat (30) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Halbleiterwafer (101) einen Durchmesser von wenigstens 200 mm aufweist.
  8. Substrat (30) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Halbleiterwafer (101) ein Siliziumwafer ist, der eine Fremdstoffdotierung von wenigstens 5 × 1E17 cm–3 aufweist.
  9. Substrat (30) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Halbleiterwafer (101) ein Halbleiterwafer aus Silizium ist, der eine Fremdstoffdotierung von höchstens 1E16 cm–3 aufweist.
  10. Substrat (30) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (30) wenigstens ein zweites Material aufweist, das mit dem Abstand r zum Mittelpunkt des Substrats (30) angeordnet ist.
  11. Substrat (30) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Durchgangsöffnung (32) in dem ersten Material in einem Teilbereich durch das wenigstens eine zweite Material überdeckt ist.
  12. Substrat (30) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine zweite Material ein unterschiedliches Transmissionsverhalten besitzt als das erste Material.
  13. Substrat (30) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine zweite Material in Abhängigkeit seiner Temperatur sein Transmissionsverhalten ändert.
  14. Substrat (30) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine zweite Material ein Material aus der Gruppe der Verbindungen Graphit, Si, Ge, SiGe, GaAs, SiC, InP, InSb ist.
  15. Substrat (30) nach einem der Ansprüche 10 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine zweite Material für optische Strahlung bei gleicher Temperatur transparenter ist als das erste Material.
  16. Substrat (30) nach einem der Ansprüche 10 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine zweite Material ein zweiter Halbleiterwafer (103) ist.
  17. Substrat (30) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Halbleiterwafer (103) den gleichen Durchmesser hat wie der erste Halbleiterwafer (101).
  18. Substrat (30) nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Halbleiterwafer (103) ein Siliziumwafer ist, der eine Fremdstoffdotierung von wenigstens 5 × 1E17 cm–3 aufweist.
  19. Substrat (30) nach einem der Ansprüche 16 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Halbleiterwafer (103) ein Halbleiterwafer aus Silizium mit einer Fremdstoffdotierung von höchstens 1E16 cm–3 ist.
  20. Substrat (30) nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine zweite Material aus einkristallinem Halbleitermaterial besteht, welches eine Dicke von höchstens 250 μm aufweist.
  21. Substrat (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine zweite Durchgangsöffnung in dem ersten Material vorgesehen ist, die wenigstens in einem Teilbereich einen freien Durchgang für optische Strahlung durch das Substrat (30) bildet und die mit einem Abstand r2 zum Mittelpunkt des Substrats (30) angeordnet ist.
  22. Substrat (30) nach Anspruch 21, wobei r1 ≠ r2 ist.
  23. Verfahren zum Ermitteln einer Vielzahl von Transmissivitäts-Temperatur-Messwerten für ein Substrat (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Richten eines Lichtstrahls (46) auf das Substrat (30); b) Erwärmen und/oder Abkühlen des Substrats (30); c) Messen der Intensität des Lichtstrahls (46) auf der gegenüberliegenden Seite des Substrats (30); d) Drehen des Substrats (30) um eine Rotationsachse (40) derart, dass der Lichtstrahl (46) bei jeder Umdrehung frei durch die wenigstens eine Durchgangsöffnung (32) hindurchtritt; e) Ermitteln einer Vielzahl von ersten Transmissivitätswerten für das Substrat (30) aus einem Vergleich zwischen der gemessenen Intensität des Lichtstrahls (46), wenn er frei durch die wenigstens eine Durchgangsöffnung (32) hindurchtritt und des Lichtstrahls (46), wenn er durch das erste Material hindurchgeht, wobei der Vergleich jeweils für Meßwerte durchgeführt wird die in bestimmte Zeitintervalle fallen; f) Ermitteln der Temperatur des Substrats (30) innerhalb der bestimmten Zeitintervalle; und g) Aufzeichnen einer Beziehung zwischen den innerhalb der bestimmten Zeitintervalle ermittelten ersten Transmissivitätswerten und den innerhalb der jeweiligen Zeitintervalle gemessenen Temperaturen.
  24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl (46) ein gebündelter Lichtstrahl (46) ist.
  25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strahldurchmesser des Lichtstrahls (46) kleiner ist, als der kleinste Durchmesser der wenigstens einen Durchgangsöffnung (32).
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl (46) ein Laser-Lichtstrahl ist.
  27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl (46) eine Wellenlänge von 1310 nm und/oder 1550 nm aufweist.
  28. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl (46) eine spezifische Polarisation aufweist.
  29. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl (46) mit einer vorbestimmten Frequenz gepulst wird.
  30. Verfahren nach Anspruch 29 dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsfrequenz des Lichtstrahls (46) zwischen 100 Hz und 10000 Hz liegt.
  31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsfrequenz des Lichtstrahls (46) wenigstens um einen Faktor zehn höher ist, als die Drehzahl des Substrats (30).
  32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (30) mit 20 bis 500 Umdrehungen pro Minute gedreht wird.
  33. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Transmissionswertermittlung verwendeten Meßsignale betreffend die Intensität des Lichtstrahls (46) um den Anteil korrigiert werden, der nicht direkt vom Lichtstrahl (46) stammt, indem von den Meßsignalen, bei denen wenigstens auch der Lichtstrahl (46) gemessen wird, der Anteil wenigstens eines Meßsignals abgezogen wird, bei dem kein Lichtstrahl (46) gemessen wird.
  34. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Temperatur des Substrats (30) kontaktfrei erfolgt.
  35. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Temperatur des Substrats (30) über eine auf das Substrat (30) gerichtete Strahlungsmesseinheit (52), insbesondere ein Pyrometer, erfolgt.
  36. Verfahren nach Anspruch 34 oder 35 dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Temperatur des Substrats (30) in einem Ringbereich auf einer Substratoberfläche vorgenommen wird, wobei die Durchgangsöffnung (32) im Ringbereich liegt.
  37. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ermittlung der Temperatur des Substrats (30) keine Messwerte aus dem Bereich der Durchgangsöffnung (32) berücksichtigt werden.
  38. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmen und/oder Abkühlen des Substrats (30) mit einer Heiz- oder Kühlrate von kleiner als 10°C/s durchgeführt wird.
  39. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmten Zeitintervalle eine Zeitperiode von kleiner 2 Sekunden umfassen.
  40. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass ferner die folgenden Schritte vorgesehen sind: h) Ermitteln einer Vielzahl von zweiten Transmissivitätswerten für das Substrat (30) aus einem Vergleich zwischen der gemessenen Intensität des Lichtstrahls (46) wenn er frei durch die wenigstens eine Durchgangsöffnung (32) hindurchtritt, und des Lichtstrahls, wenn er durch das zweite Material hindurchgeht, wobei der Vergleich jeweils für Meßwerte durchgeführt wird, die in bestimmte zweite Zeitintervalle fallen; i) Ermitteln der Temperatur des Substrats (30) innerhalb der bestimmten zwei ten Zeitintervalle; und j) Aufzeichnen einer Beziehung zwischen den innerhalb der bestimmten zweiten Zeitintervalle ermittelten zweiten Transmissivitätswerten und den innerhalb der jeweiligen zweiten Zeitintervalle gemessenen Temperaturen.
  41. Verfahren zum Kalibrieren einer Temperaturmeßvorrichtung mit einem Substrat (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 22, für das eine Vielzahl von Transmissivitäts-Temperatur-Messwerten bekannt ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Richten eines Lichtstrahls (46) auf das Substrat (30); b) Erwärmen und/oder Abkühlen des Substrats (30); c) Messen der Intensität des Lichtstrahls (46) auf der gegenüberliegenden Seite des Substrats (30); d) Drehen des Substrats (30) um eine Rotationsachse (40) derart, dass der Lichtstrahl (46) bei jeder Umdrehung frei durch die wenigstens eine Durchgangsöffnung (32) hindurchtritt; e) Ermitteln einer Vielzahl von ersten Transmissivitätswerten für das Substrat (30) aus einem Vergleich zwischen der gemessenen Intensität des Lichtstrahls (46), wenn er frei durch die wenigstens eine Durchgangsöffnung (32) hindurchtritt, und des Lichtstrahls (46), wenn er durch das erste Material hindurchgeht, wobei der Vergleich jeweils für Meßwerte durchgeführt wird, die in bestimmte Zeitintervalle fallen; f) Messen wenigstens eines mit der Temperatur des Substrats (30) in Beziehung stehenden Parameters innerhalb der bestimmten Zeitintervalle; g) jeweiliges Zuordnen eines Temperaturwerts zu den ermittelten ersten Transmissivitätswerten anhand der bekannten Vielzahl von Transmissivitäts-Temperatur-Messwerten für das Substrat; und h) Aufzeichnen einer Beziehung zwischen den Temperaturwerten, die den innerhalb der bestimmten Zeitintervalle ermittelten ersten Transmissivitätswerten zugeordnet wurden, und dem wenigstens einen innerhalb der jeweiligen Zeitintervalle gemessenen Parameter, der mit der Temperatur des Substrats in Beziehung steht.
  42. Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl (46) ein gebündelter Lichtstrahl (46) ist.
  43. Verfahren nach Anspruch 41 oder 42, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strahldurchmesser des Lichtstrahls (46) kleiner ist, als der kleinste Durchmesser der wenigstens einen Durchgangsöffnung (32).
  44. Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl (46) ein Laser-Lichtstrahl ist.
  45. Verfahren nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl (46) eine Wellenlänge von 1310 nm und/oder 1550 nm aufweist.
  46. Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl (46) eine spezifische Polarisation aufweist.
  47. Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl (46) mit einer vorbestimmten Frequenz gepulst wird.
  48. Verfahren nach Anspruch 47 dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsfrequenz des Lichtstrahls (46) zwischen 100 Hz und 10000 Hz liegt.
  49. Verfahren nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsfrequenz des Lichtstrahls (46) wenigstens um einen Faktor zehn höher ist, als die Drehzahl des Substrats (30).
  50. Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (30) mit 20 bis 500 Umdrehungen pro Minute gedreht wird.
  51. Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 50, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Transmissionswertermittlung verwendeten Meßsignale betreffend die Intensität des Lichtstrahls (46) um den Anteil korrigiert werden, der nicht direkt vom Lichtstrahl (46) stammt, indem von den Meßsignalen bei denen wenigstens auch der Lichtstrahl (46) gemessen wird, der Anteil wenigstens eines Meßsignals abgezogen wird, bei dem kein Lichtstrahl (46) gemessen wird.
  52. Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 51, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des mit der Temperatur des Substrats (30) in Beziehung stehenden Parameters kontaktfrei erfolgt.
  53. Verfahren nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des mit der Temperatur des Substrats (30) in Beziehung stehenden Parameters über eine auf das Substrat (30) gerichtete Strahlungsmesseinheit (52), insbesondere ein Pyrometer erfolgt.
  54. Verfahren nach Anspruch 52 oder 53 dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des wenigstens einen mit der Temperatur des Substrats (30) in Beziehung stehenden Parameters in einem Ringbereich auf einer Substratoberfläche vorgenommen wird, wobei die Durchgangsöffnung (32) im Ringbereich liegt.
  55. Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 54, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Messung des mit der Temperatur des Substrats (30) in Beziehung stehenden wenigstens einen Parameters keine Messwerte aus dem Bereich der Durchgangsöffnung (32) berücksichtigt werden.
  56. Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 55, dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmen und/oder Abkühlen des Substrats (30) mit einer Heiz- oder Kühlrate von kleiner als 10°C/s durchgeführt wird.
  57. Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 56, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmten Zeitintervalle eine Zeitperiode von kleiner 2 Sekunden umfassen.
  58. Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 57, dadurch gekennzeichnet, dass ferner die folgenden Schritte vorgesehen sind: i) Ermitteln einer Vielzahl von zweiten Transmissivitätswerten für das Substrat (30) aus einem Vergleich zwischen der gemessenen Intensität des Lichtstrahls (46), wenn er frei durch die wenigstens eine Durchgangsöffnung (32) hindurchtritt, und des Lichtstrahls (46), wenn er durch das zweite Material hindurchgeht, wobei der Vergleich jeweils für Meßwerte durchgeführt wird, die in bestimmte zweite Zeitintervalle fallen; j) Messen wenigstens eines mit der Temperatur des Substrats (30) in Beziehung stehenden Parameters innerhalb der bestimmten zweiten Zeitintervalle; k) jeweiliges Zuordnen eines Temperaturwerts zu den ermittelten zweiten Transmissivitätswerten anhand der bekannten Vielzahl von Transmissivitäts-Temperatur-Messwerten für das Substrat; und l) Aufzeichnen einer Beziehung zwischen den Temperaturwerten, die den innerhalb der bestimmten zweiten Zeitintervalle ermittelten zweiten Transmissivitätswerten zugeordnet sind, und dem wenigstens einen, innerhalb der jeweiligen zweiten Zeitintervalle gemessenen Parameter, der mit der Temperatur des Substrats in Beziehung steht.
DE102007042779A 2007-09-07 2007-09-07 Kalibrationssubstrat und -verfahren Active DE102007042779B4 (de)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007042779A DE102007042779B4 (de) 2007-09-07 2007-09-07 Kalibrationssubstrat und -verfahren
KR1020107007597A KR101545282B1 (ko) 2007-09-07 2008-09-05 보정 기판 및 보정 방법
CN200880113782A CN101842677A (zh) 2007-09-07 2008-09-05 校准基板和校准方法
US12/204,959 US8282272B2 (en) 2007-09-07 2008-09-05 Calibration substrate and method of calibration therefor
PCT/IB2008/053613 WO2009044303A2 (de) 2007-09-07 2008-09-05 Kalibrationssubstrat und -verfahren
JP2010523625A JP5436428B2 (ja) 2007-09-07 2008-09-05 較正基板および較正方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007042779A DE102007042779B4 (de) 2007-09-07 2007-09-07 Kalibrationssubstrat und -verfahren

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102007042779A1 DE102007042779A1 (de) 2009-04-09
DE102007042779B4 true DE102007042779B4 (de) 2009-07-09

Family

ID=40417791

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102007042779A Active DE102007042779B4 (de) 2007-09-07 2007-09-07 Kalibrationssubstrat und -verfahren

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8282272B2 (de)
JP (1) JP5436428B2 (de)
KR (1) KR101545282B1 (de)
CN (1) CN101842677A (de)
DE (1) DE102007042779B4 (de)
WO (1) WO2009044303A2 (de)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007042779B4 (de) * 2007-09-07 2009-07-09 Mattson Thermal Products Gmbh Kalibrationssubstrat und -verfahren
US8888360B2 (en) 2010-12-30 2014-11-18 Veeco Instruments Inc. Methods and systems for in-situ pyrometer calibration
DE102012201061B4 (de) * 2011-07-15 2013-06-06 Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh Verfahren und Anordnung zur Kalibrierung eines Pyrometers
WO2013148066A1 (en) * 2012-03-30 2013-10-03 Applied Materials, Inc. Laser noise elimination in transmission thermometry
US9200965B2 (en) 2012-06-26 2015-12-01 Veeco Instruments Inc. Temperature control for GaN based materials
DE102012106955B4 (de) * 2012-07-31 2014-04-03 Netzsch-Gerätebau GmbH Vorrichtung und Verfahren zur photothermischen Untersuchung einer Probe
CN104716125B (zh) * 2013-12-17 2018-11-02 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 半导体膜厚度量测校准标准片及其制造方法
JP2015169438A (ja) * 2014-03-04 2015-09-28 ソニー株式会社 測定装置、測定システム、測定方法、およびプログラム
CN105097420B (zh) * 2014-05-05 2018-01-26 无锡华润上华科技有限公司 一种用于masson快速热处理机台的温度校准的方法
CN104501949B (zh) * 2014-12-29 2016-08-24 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 基于替代法和探测器效率的腔体吸收率测量方法
DE102015100908A1 (de) 2015-01-22 2016-07-28 Von Ardenne Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Temperaturmessung eines Substrats
CN107131957B (zh) * 2016-02-29 2019-05-17 京元电子股份有限公司 具有远红外光的温度传感器测试装置
CN106679849B (zh) * 2016-12-19 2019-02-19 北京兆易创新科技股份有限公司 一种mcu温度传感器的测试方法和装置
KR102391974B1 (ko) * 2019-11-15 2022-04-27 세메스 주식회사 온도 측정 유닛 및 이를 포함하는 기판 처리 장치
US11761819B2 (en) * 2021-04-07 2023-09-19 Radiant Innovation Inc. Temperature calibration method for ear thermometer with probe cover
CN113675123B (zh) * 2021-07-29 2024-01-05 长鑫存储技术有限公司 一种晶圆校准装置、方法及系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4136566A (en) * 1977-06-24 1979-01-30 University Of Utah Semiconductor temperature sensor
US4890933A (en) * 1988-02-17 1990-01-02 Itt Corporation Transmission method to determine and control the temperature of wafers or thin layers with special application to semiconductors
US5359693A (en) * 1991-07-15 1994-10-25 Ast Elektronik Gmbh Method and apparatus for a rapid thermal processing of delicate components
US5553939A (en) * 1991-05-02 1996-09-10 Commonaute Economique Europeenne (Cee) Method and device for calibrating an optical pyrometer and associated reference wafers
US5580830A (en) * 1994-03-05 1996-12-03 Ast Elekronik Modified reaction chamber and improved gas flushing method in rapid thermal processing apparatus
US20030236642A1 (en) * 2002-06-24 2003-12-25 Mattson Technology, Inc. System and process for calibrating pyrometers in thermal processing chambers
DE69730371T2 (de) * 1996-04-08 2005-09-08 Applied Materials, Inc., Santa Clara Selbstkalibrierende Temperatursonde

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61228637A (ja) * 1985-04-01 1986-10-11 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 温度測定装置を付設した加熱装置
JPS6346720A (ja) 1986-08-15 1988-02-27 Oki Electric Ind Co Ltd 半導体ウエハの熱処理方法
US5967661A (en) * 1997-06-02 1999-10-19 Sensarray Corporation Temperature calibration substrate
US6037645A (en) * 1998-01-27 2000-03-14 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Commerce Temperature calibration wafer for rapid thermal processing using thin-film thermocouples
US6521513B1 (en) * 2000-07-05 2003-02-18 Eastman Kodak Company Silicon wafer configuration and method for forming same
DE10255098A1 (de) * 2002-11-26 2004-06-03 Mattson Thermal Products Gmbh Verfahren zum Herstellen eines Kalibrationswafers
US7275861B2 (en) * 2005-01-31 2007-10-02 Veeco Instruments Inc. Calibration wafer and method of calibrating in situ temperatures
US7543981B2 (en) * 2006-06-29 2009-06-09 Mattson Technology, Inc. Methods for determining wafer temperature
DE102007042779B4 (de) * 2007-09-07 2009-07-09 Mattson Thermal Products Gmbh Kalibrationssubstrat und -verfahren

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4136566A (en) * 1977-06-24 1979-01-30 University Of Utah Semiconductor temperature sensor
US4890933A (en) * 1988-02-17 1990-01-02 Itt Corporation Transmission method to determine and control the temperature of wafers or thin layers with special application to semiconductors
US5553939A (en) * 1991-05-02 1996-09-10 Commonaute Economique Europeenne (Cee) Method and device for calibrating an optical pyrometer and associated reference wafers
US5359693A (en) * 1991-07-15 1994-10-25 Ast Elektronik Gmbh Method and apparatus for a rapid thermal processing of delicate components
US5580830A (en) * 1994-03-05 1996-12-03 Ast Elekronik Modified reaction chamber and improved gas flushing method in rapid thermal processing apparatus
DE69730371T2 (de) * 1996-04-08 2005-09-08 Applied Materials, Inc., Santa Clara Selbstkalibrierende Temperatursonde
US20030236642A1 (en) * 2002-06-24 2003-12-25 Mattson Technology, Inc. System and process for calibrating pyrometers in thermal processing chambers

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Z: IEEE Transact. on Electron Devices, Vol. 39, No. 1, Jan. 1992, S. 81-88 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2009044303A3 (de) 2009-08-06
KR20100081310A (ko) 2010-07-14
US8282272B2 (en) 2012-10-09
JP5436428B2 (ja) 2014-03-05
CN101842677A (zh) 2010-09-22
WO2009044303A2 (de) 2009-04-09
US20090122827A1 (en) 2009-05-14
KR101545282B1 (ko) 2015-08-19
JP2010539681A (ja) 2010-12-16
DE102007042779A1 (de) 2009-04-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102007042779B4 (de) Kalibrationssubstrat und -verfahren
EP0701686B1 (de) Gleichzeitiges bestimmen von schichtdicke und substrattemperatur während des beschichtens
DE10392854B4 (de) Verfahren, System und Kalibrationswafer zum Kalibrieren von Temperaturmeßvorrichtungen in Wärmebehandlungskammern
DE69826961T2 (de) Pyrometerkalibrierung unter verwendung mehrerer lichtquellen
WO2002095804A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum thermischen behandeln von substraten
DE10333774B4 (de) Kalibrierung von Temperatursensoren von Bewitterungsgeräten durch kontaktlose Temperaturmessung
EP2057446A2 (de) Optisches filter und verfahren zur herstellung desselben, sowie vorrichtung zur untersuchung elektromagnetischer strahlung
WO2010037452A1 (de) Verfahren zum messen der dicke eines scheibenförmigen werkstücks
DE102013114412A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Regelung der Temperatur in einer Prozesskammer eines CVD-Reaktors unter Verwendung zweier Temperatursensoreinrichtungen
DE69812117T2 (de) Referenz-schwarzkörper zum einsatz bei rta
EP2320215A1 (de) Laserdioden-Aufbau mit integriertem temperiertem Strahlformungselement und Verfahren zur Gasdetektion mittels eines Laserdioden-Aufbaus
DE102012005428B4 (de) Vorrichtung zum Bestimmen der Temperatur eines Substrats
DE102014117388A1 (de) Verfahren zum Kalibrieren einer Pyrometeranordnung eines CVD- oder PVD-Reaktors
DE112019004191T5 (de) Systeme und Verfahren zum thermischen Verarbeiten und zur Temperaturmessung eines Werkstücksbei niedrigen Temperaturen
DE10119599A1 (de) Verfahren zur Bestimmung von Temperaturen an Halbleiterbauelementen
DE102020111293A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur in-situ Bestimmung der Temperatur eines Wafers
DE10061168C2 (de) Verfahren zur Messung von Kennwerten eines Schichtsystems während des Schichtaufbaus, insbesondere der Temperatur, insbesondere bei einem Halbleitersystem während der Epitaxie
WO2013056828A1 (de) Vorrichtung zum bestimmen der temperatur eines substrats
DE102010056098B3 (de) Vorrichtung zur Charakterisierung von Materialparametern an Halbleitergrenzflächen mittels THz-Strahlung
DE102015118069B4 (de) Messvorrichtung und Verfahren zur Messung der Dicke einer flächigen Probe
DE102018128983B4 (de) Verfahren zur Temperaturbestimmung sowie zugehöriges Spektral-Reflexionsmesssystem
DE102015205555A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer Schichteigenschaft sowie Verfahren zum Herstellen einer LED
DE10258713B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung charakteristischer Schichtparameter bei hohen Temperaturen
DE102020114734B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur in-situ Bestimmung der Temperatur einer Probe
DE102013110814B4 (de) Einrichtung zur Verfolgung der Qualität eines sich bewegenden linearen Textilmaterials, insbesondere eines Garns

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8364 No opposition during term of opposition
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: BEIJING E-TOWN SEMICONDUCTOR TECHNOLOGY, CO., , CN

Free format text: FORMER OWNER: MATTSON THERMAL PRODUCTS GMBH, 89160 DORNSTADT, DE

Owner name: MATTSON TECHNOLOGY, INC., FREMONT, US

Free format text: FORMER OWNER: MATTSON THERMAL PRODUCTS GMBH, 89160 DORNSTADT, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: WAGNER & GEYER PARTNERSCHAFT MBB PATENT- UND R, DE

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: MATTSON TECHNOLOGY, INC., FREMONT, US

Free format text: FORMER OWNER: MATTSON TECHNOLOGY, INC., FREMONT, CALIF., US

Owner name: BEIJING E-TOWN SEMICONDUCTOR TECHNOLOGY, CO., , CN

Free format text: FORMER OWNER: MATTSON TECHNOLOGY, INC., FREMONT, CALIF., US

R082 Change of representative

Representative=s name: WAGNER & GEYER PARTNERSCHAFT MBB PATENT- UND R, DE