DE10392854B4 - Verfahren, System und Kalibrationswafer zum Kalibrieren von Temperaturmeßvorrichtungen in Wärmebehandlungskammern - Google Patents

Verfahren, System und Kalibrationswafer zum Kalibrieren von Temperaturmeßvorrichtungen in Wärmebehandlungskammern Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Kalibrieren einer Temperaturmeßvorrichtung (27), umfassend: Abstrahlen von Lichtenergie von einer Kalibrierungslichtquelle (23) auf einen Wafer (14), welcher aus einem Halbleitermaterial hergestellt ist, während der Wafer (14) erwärmt wird; Erfassen der abgestrahlten Menge der Lichtenergie, welche durch den Wafer (14) durchgelassen wird; Bestimmen der Temperatur des Wafers (14) auf Basis der Menge der durchgelassenen Lichtenergie, welche erfaßt wird; und Kalibrieren der Temperaturmeßvorrichtung (27), welche die Temperatur des Wafers (14) auf Basis der Temperatur misst, welche anhand der Menge der Lichtenergie, welche durch den Wafer (14) durchgelassen wird, bestimmt wird.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Eine Wärmebehandlungskammer bezeichnet gemäß Verwendung in der vorliegenden Schrift eine Vorrichtung, welche Gegenstände, wie etwa Halbleiterwafer, rasch erwärmt. Derartige Vorrichtungen umfassen typischerweise eine Substrathalterung zum Halten eines oder mehrerer Halbleiterwafer und eine Energiequelle zum Erwärmen der Wafer, wie etwa Heizlampen und/oder eine elektrische Widerstandsheizung. Während einer Wärmebehandlung werden die Halbleiterwafer unter kontrollierten Bedingungen gemäß einer vorbestimmten Temperaturvorschrift erwärmt.
  • Viele Halbleitererwärmungsverfahren erfordern, daß ein Wafer auf hohe Temperaturen erwärmt wird, so daß verschiedene chemische und physikalische Umwandlungen erfolgen können, wenn aus dem Wafer eine Vorrichtung hergestellt wird. Beispielsweise werden bei einer raschen Wärmebehandlung Halbleiterwafer typischerweise durch eine Anordnung von Lampen für Zeitspannen, welche typischerweise weniger als einige Minuten betragen, auf Temperaturen von etwa 300°C bis etwa 1200°C erwärmt. Bei diesen Verfahren ist es ein Hauptziel, die Wafer möglichst gleichmäßig zu erwärmen.
  • Bei der raschen Wärmebehandlung eines Halbleiterwafers ist es wünschenswert, die Wafertemperatur zu überwachen und zu regeln. Insbesondere ist es für sämtliche der Hochtemperatur-Waferverfahren von gegenwärtigem und vorhersehbarem Interesse wichtig, daß die wahre Temperatur des Wafers mit hoher Genauigkeit, Wiederholbarkeit und Geschwindigkeit bestimmt wird. Die Fähigkeit, die Temperatur eines Wafers genau zu messen, ist mit einem direkten Gewinn hinsichtlich der Güte und Größe der hergestellten integrierten Schaltung verbunden.
  • Eine der bedeutendsten Herausforderungen bei Wafererwärmungssystemen ist die Fähigkeit, die Temperatur von Substraten während des Erwärmungsvorgangs genau zu messen. In der Vergangenheit wurden verschiedene Hilfsmittel und Vorrichtungen zum Messen der Temperatur von Substraten in Wärmebehandlungskammern entwickelt. Derartige Vorrichtungen umfassen beispielsweise Pyrometer, Thermoelemente, welche das Substrat direkt berühren oder welche neben dem Substrat angeordnet sind, und die Verwendung von Laserinterferenz.
  • Um Pyrometer in einer Wärmebehandlungskammer zu verwenden, müssen die Pyrometer generell kalibriert werden. Infolgedessen gibt es gegenwärtig verschiedene Kalibrationsverfahren, um die Temperaturmeßwerte der Pyrometer mit einem absoluten und genauen Temperaturvergleichswert abzugleichen. Der gegenwärtige Stand der Technik und das am meisten verwendete Verfahren zum Kalibrieren von Pyrometern in Wärmebehandlungskammern ist es, in den Kammern einen Halbleiterwafer anzuordnen, welcher ein in den Wafer eingebettetes Thermoelement aufweist. Die Temperaturmessungen von dem Thermoelement werden mit den Temperaturmeßwerten verglichen, welche von den Temperaturmeßvorrichtungen erhalten werden, und jede Abweichung wird durch Kalibrieren ausgeglichen.
  • Obgleich dieses Verfahren gut zum Kalibrieren von Temperaturmeßvorrichtungen, wie etwa Pyrometern, geeignet ist, erfordert dieses eine erhebliche Zeitspanne, um die Instrumente zu kalibrieren. Daher besteht gegenwärtig ein Bedarf im Hinblick auf ein Verfahren zum sehr raschen Kalibrieren von Pyrometern in Wärmebehandlungskammern, ohne eine erhebliche Leerzeitspanne zu verursachen. Insbesondere besteht ein Bedarf im Hinblick auf ein Verfahren zum Kalibrieren von Pyrometern in Wärmebehandlungskammern, ohne die Kammer öffnen zu müssen, um die Unversehrtheit und Reinheit der Kammer aufrechtzuerhalten. Ferner besteht ein Bedarf im Hinblick auf ein einfaches Verfahren zum Kalibrieren von Pyrometern in Wärmebehandlungskammern, welches routinemäßig als reguläre Prüfung verwendet werden kann, um nachzuweisen, daß das optische Pyrometriesystem einwandfrei funktioniert.
  • Aus der Druckschrift US 6 160 242 A ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen der Temperatur eines Halbleiterwafers in einer Behandlungskammer in der Gegenwart eines strahlungsabsorbierenden Gases bekannt. Die Vorrichtung umfasst eine Temperaturmessvorrichtung, die eine Menge an elektromagnetischer Strahlung messen kann, die vom erhitzten Wafer abgestrahlt wird. Außerdem umfasst die Vorrichtung eine Gasmessvorrichtung, die die Menge des Gases in der Kammer messen kann.
  • Aus der Druckschrift US 6 561 694 B1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kalibrieren von Temperaturmessungen bekannt. Die Temperaturmessungen werden mit einem ersten Strahlungsdetektor durchgeführt, der Wärmestrahlung von einem Referenzträger aufnimmt. Gemäß dem Verfahren wird in einem Schritt der Referenzträger erhitzt, auf dem eine Referenzprobe mit einer bekannten Schmelzpunkttemperatur angeordnet ist, bis oder über den Schmelzpunkt der Referenzprobe. Außerdem wird während des Erhitzens, während des Abkühlens oder während des Erhitzens und des Abkühlens die Wärmestrahlung des Referenzträgers gemessen. Das Verfahren umfasst ferner den Schritt des Vergleichens eines Bereichs einer gleichbleibenden Intensität der Wärmestrahlung, der bei den Messungen auftritt, mit der bekannten Schmelzpunkttemperatur.
  • Aus der Druckschrift US 5 156 461 A ist ein pyrometerbasierter Temperatursensor zum gleichzeitigen Messen der Temperatur eines Halbleiterwafers und zum Kompensieren von Emissionseffekten bekannt. Das Pyrometer misst die vom erhitzten Halbleiterwafer abgestrahlte Strahlungsenergie und die vom Halbleiterwafer reflektierten kohärenten Lichtstrahlen. Daraus erzeugt der Temperatursensor hochwertige Messungen der Halbleitertemperatur während der Herstellung.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren einer Temperaturmeßvorrichtung in einer Wärmebehandlungskammer. Das Verfahren umfaßt die Schritte des Anordnens eines Kalibrationswafers in der Wärmebehandlungskammer. Lichtenergie wird von einer Kalibrierungslichtquelle auf den Kalibrationswafer abgestrahlt, während der Kalibrationswafer in der Wärmebehandlungskammer erwärmt wird. Beispielsweise kann der Wafer unter Verwendung von Lichtenergie und/oder durch Verwenden einer elektrischen Widerstandsheizung erwärmt werden. Die Menge der von der Kalibrierungslichtquelle abgestrahlten Lichtenergie, welche durch den Kalibrationswafer durchgelassen wird, wird erfaßt. Die Temperatur des Kalibrationswafers wird sodann auf Basis der Menge des durchgelassenen Lichts, welche erfaßt wird, bestimmt.
  • Anhand dieser Information kann die Temperaturmeßvorrichtung, welche in der Wärmebehandlungskammer enthalten ist, kalibriert werden. Die Temperaturmeßvorrichtung kann beispielsweise aus einem oder mehreren Pyrometern, einem oder mehreren Thermoelementen oder einer beliebigen anderen geeigneten Temperaturmeßvorrichtung bestehen.
  • Während des Ablaufs wird die Lichtenergie, welche durch den Kalibrationswafer durchgelassen wird, bei einer oder mehreren speziellen Wellenlängen erfaßt. Im allgemeinen kann sich die Wellenlänge im Infrarotbereich befinden. Beispielsweise kann die Wellenlänge von etwa 1 Mikrometer bis etwa 2 Mikrometer betragen. Bei einem Ausführungsbeispiel wird durchgelassenes Licht gleichzeitig bei verschiedenen Wellenlängen erfaßt. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel wird jedoch eine erste Wellenlänge verwendet, um die Lichtmenge, welche bei niedrigeren Temperaturen durch den Wafer durchgelassen wird, zu erfassen, während eine zweite Wellenlänge verwendet wird, um die Lichtmenge zu bestimmen, welche bei höheren Temperaturen durch den Wafer durchgelassen wird. Beispielsweise kann die erste Wellenlänge kleiner als die zweite Wellenlänge sein. Die zweite Wellenlänge kann verwendet werden, um die Temperatur des Wafers bei Temperaturen, welche höher als etwa 700°C sind, zu bestimmen.
  • Die Kalibrierungslichtquelle, welche bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann eine kohärente Lichtquelle oder eine inkohärente Lichtquelle sein. Ein Beispiel einer kohärenten Lichtquelle ist beispielsweise ein Laser. Beispiele von inkohärenten Lichtquellen sind beispielsweise eine Wolfram-Halogenlampe oder eine Leuchtdiode.
  • Der Kalibrationswafer, welcher bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann sich ändern, abhängig von der speziellen Anwendung. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Wafer ein Siliziumwafer. Um Interferenzeffekte zu vermindern und die Lichtmenge, welche durch den Kalibrationswafer durchgelassen wird, zu maximieren, kann der Kalibrationswafer reflexionsdämpfende Beschichtungen umfassen, welche auf einer oder beiden Oberflächen des Wafers aufgetragen sind. Für Messungen bei höheren Temperaturen kann der Kalibrationswafer ferner dünne Bereiche umfassen, wo die Durchstrahlungsmessungen vorgenommen werden und die Temperaturmeßvorrichtungen kalibriert werden.
  • Wenn der Kalibrationswafer einen dünnen Bereich umfaßt, kann der dünne Bereich gemäß verschiedenen Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise kann der Kalibrationswafer bei einem Ausführungsbeispiel eine Öffnung definieren. Der dünne Bereich kann ein dünnes Element umfassen, welches über der Öffnung angeordnet ist. Alternativ kann der dünne Bereich einstückig mit dem Rest des Wafers verbunden sein.
  • Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der dünne Bereich beim Erwärmen infolge von Unterschieden der thermischen Eigenschaften zwischen dem dünnen Bereich und dem Rest des Wafers Temperaturgefälle erzeugen. Infolgedessen kann eine Beschichtung auf dem Kalibrationswafer angeordnet werden, welche geeignet ist, die Unterschiede der thermischen Eigenschaften zwischen dem dünnen Bereich und dem Rest des Wafers zu vermindern. Die Beschichtung kann aus einfachen oder mehrlagigen Filmen hergestellt werden. Die Beschichtung kann beispielsweise Silizium, Polysilizium und/oder Siliziumnitrid enthalten. Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel kann der dünne Bereich mit einem Füllelement gefüllt sein, um thermisch wirksame Massenunterschiede zu vermindern. Das Füllelement kann aus Quarz oder Aluminiumoxid, wie etwa Saphir, hergestellt sein.
  • Es sei bemerkt, daß der Kalibrationswafer aus verschiedenen Materialien hergestellt werden kann. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Kalibrationswafer beispielsweise aus einem im wesentlichen lichtundurchlässigen Material hergestellt sein. Lichtundurchlässige Materialien sind nützlich, wenn Pyrometer bei niedrigeren Temperaturen kalibriert werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann der Kalibrationswafer ferner Bereiche umfassen, welche aus durchlässigen Materialien, wie etwa Silizium, hergestellt sind. Die Siliziumbereiche können verwendet werden, um die Durchstrahlung zu messen, während die lichtundurchlässigen Bereiche in Ausrichtung mit den Pyrometern angeordnet werden können.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Eine vollständige und nachvollziehbare Offenbarung der vorliegenden Erfindung, welche die beste Ausführungsweise davon umfaßt, für gewöhnlich Fachkundige ist im Rest der Beschreibung unter Verweis auf die beigefügten Figuren genauer dargelegt, wobei:
  • 1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Systems zum Kalibrieren von Temperaturerfassungsvorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
  • 2 ein Kurvendiagramm ist, welches die Lichtmenge darstellt, welche durch einen Siliziumwafer bei verschiedenen Temperaturen und Wellenlängen durchgelassen wird;
  • 3 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Systems ist, welches gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist;
  • 4 eine perspektivische Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels eines Systems ist, welches gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist;
  • 5 ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel eines Systems darstellt, welches gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist;
  • die 6 bis 21 verschiedene Ausführungsbeispiele von Kalibrationswafern darstellen, welche gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt sind; und
  • 22 eine schematische Querschnittsansicht ist, welche mehrfache Reflexionen von Licht zwischen den Außenoberflächen eines Wafers darstellt.
  • Eine wiederholte Verwendung von Bezugszeichen in der vorliegenden Beschreibung und der Zeichnung soll gleiche bzw. analoge Merkmale bzw. Elemente der Erfindung darstellen.
  • Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum genaueren Bestimmen und Regeln der Temperatur eines Gegenstands, insbesondere eines Halbleiterwafers, in einer Wärmebehandlungskammer während einer Wärmebehandlung. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und ein System zum Kalibrieren von Temperaturmeßvorrichtungen, welche in Wärmebehandlungskammern enthalten sind, so daß die Wärmebehandlungskammer in wiederholbarerer Weise und genauer arbeitet. Beispielsweise ist es wichtig, daß Temperaturerfassungsvorrichtungen, welche in Wärmebehandlungskammern enthalten sind, die Temperatur von Halbleiterwafern genau messen, wenn diese erwärmt werden. Im Hinblick darauf sollten die Temperaturerfassungsvorrichtungen kalibriert werden, um zu gewährleisten, daß diese die Temperatur des Wafers genau verfolgen.
  • Generell umfaßt das Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Kalibrieren von Temperaturerfassungsvorrichtungen, insbesondere von Strahlungserfassungsvorrichtungen, wie etwa Pyrometern, den Schritt des Anordnens eines Kalibrationswafers in einer Wärmebehandlungskammer. Eine Kalibrierungslichtquelle, welche in der Kammer angeordnet ist, ist geeignet eingerichtet, um Lichtenergie mit einer bekannten Wellenlänge auf den Wafer abzustrahlen. Auf der gegenüberliegenden Seite des Wafers ist ein Lichtdetektor angeordnet, welcher die Lichtmenge von der Kalibrierungslichtquelle, welche durch den Wafer durchgelassen wird, erfaßt. Diese Information wird verwendet, um eine Temperaturerfassungsvorrichtung zu kalibrieren, welche in der Kammer enthalten ist, welche während einer normalen Waferbehandlung verwendet wird.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine automatische Kalibration eines Temperaturmeßsystems durch einen automatisierten Ablauf, welcher mit einem Halblleiterwaferbehandlungssystem durchgeführt wird. Das Temperaturkalibrationsverfahren basiert auf einer örtlichen Messung der Durchstrahlung von Infrarotlicht durch den Halbleiterwafer. Die Waferbehandlungsvorrichtung umfaßt sowohl eine Vorrichtung zum Messen eines Signals, welches von dem Infrarotlicht, welches durch den Wafer durchgelassen wird, kommt, als auch ein Temperaturmeßsystem, wie etwa ein Pyrometersystem, welches bei einer normalen Behandlung zur Temperaturmessung und -regelung verwendet wird. Bekanntes Wissen über die Temperaturabhängigkeit der optischen Eigenschaften des Wafers, welcher für das Kalibrationsverfahren verwendet wird, wird mit dem gemessenen Infrarotdurchstrahlungssignal kombiniert, um die Wafertemperatur abzuleiten. Die Wafertemperatur wird verwendet, um ein Pyrometersystem oder eine andere Temperaturmeßvorrichtung zu kalibrieren.
  • Die Intensität einer Lichtquelle auf einer Seite eines Kalibrationswafers wird moduliert, und ein Detektor auf der gegenüberliegenden Seite erfaßt ein Signal, welches zu der Lichtmenge, welche durch den Wafer durchgelassen wird, proportional ist. Das System umfaßt ein Verfahren zum Auswählen der Wellenlänge der beobachteten Strahlung. Das durchgelassene Signal hängt von der optischen Absorption in dem Wafer ab, welche ein Funktion der Temperatur ist. Infolgedessen kann die Wafertemperatur aus dem durchgelassenen Lichtsignal abgeleitet werden.
  • Die Infrarotdurchlässigkeitsmessung wird derart abgestimmt, daß diese bei einer Position auf dem Wafer erfolgt, welche sich in dem Sichtfeld bzw. nahe bei dem Sichtfeld (innerhalb einiger Zentimeter) des Pyrometers oder einer anderen Temperaturmeßvorrichtung befindet. Wenn das System eine Waferdrehung ermöglicht, ist es ferner möglich, daß die Infrarotdurchlässigkeitsmessung bei dem gleichen Radius oder nahe bei dem gleichen Radius wie dem des Sichtfelds des Pyrometers bzw. der Temperaturvorrichtung, welches bzw. welche kalibriert wird, durchgeführt wird. Vorausgesetzt, daß die Waferdrehung mit einer Geschwindigkeit erfolgt, welche schnell genug ist, um eine winkelsymmetrische Temperaturverteilung zu erzeugen, ist die Temperatur, welche bei der Infrarotmessung gemessen wird, die gleiche wie die, welche durch das Pyrometer bei dem gleichen speziellen Radius aufgenommen wird. Bei einem Ausführungsbeispiel können die gleiche Faser bzw. die optischen Einrichtungen, welche zu dem Lichtdetektor zum Bestimmen der Infrarotlichtmenge, welche durch den Wafer durchgelassen wird, führen, zu dem Pyrometer führen, wie etwa durch optisches Teilen des Signals.
  • Eine Kalibration der Temperaturmeßvorrichtung kann durch einen automatischen Ablauf erfolgen, wobei Wafer automatisch eingelegt werden und eine Kalibrationsvorschrift den Wafer in einem vorgeschriebenen Temperaturzeitzyklus erwärmt und Daten durch das Infrarotdurchstrahlungssystem und das Pyrometersystem aufgenommen werden. Der Ablauf kann eine Stufe umfassen, auf welcher die Messung vorgenommen wird, wobei sich der Wafer auf einer Temperatur befindet, bei welcher dessen Durchlässigkeit bekannt ist und diese nicht sehr temperaturempfindlich ist. Dies ermöglicht, daß das Signal korrigiert wird, so daß die Durchlässigkeitsmessung nicht sehr empfindlich auf Änderungen der optischen Eigenschaften des Durchlässigkeitsmeßsystems oder des Kalibrationswafers reagiert.
  • Das Durchstrahlungssignal wird durch einen Algorithmus, welcher die Eigenschaften des Wafers berücksichtigt, welcher für die Kalibration verwendet wird, als Temperatur interpretiert. Der Algorithmus kann Informationen über die Dicke des Wafers, die Wellenlänge des Lichts, welches zur Kalibration verwendet wird, und andere Parameter aufnehmen, welche dazu beitragen, die Genauigkeit des Temperaturwerts, welcher aus dem Durchstrahlungssignal abgeleitet wird, zu erhöhen.
  • Das Verfahren zum Kalibrieren der Temperaturmeßvorrichtungen kann ferner einen Schritt umfassen, in welchem Messungen, welche das Durchstrahlungssystem verwenden, erfolgen, bevor ein Wafer in die Wärmebehandlungskammer eingelegt wird. Das Verhältnis des Durchstrahlungssignals mit einem Wafer in Position, verglichen mit dem ohne Wafer, liefert einen Schätzwert der Durchlässigkeit des Wafers. Die gemessene Durchlässigkeit des Wafers kann sodann verwendet werden, um zu gewährleisten, daß ein einwandfreier Wafer eingelegt wurde, und um die Verschlechterung des Wafers zu prüfen. Das Durchstrahlungssignalniveau, wenn kein Wafer vorhanden ist, ist ferner ein nützlicher Indikator für den Zustand des optischen Systems für Durchlässigkeitsmessungen.
  • Das Verfahren und das System der vorliegenden Erfindung bieten verschiedene Vorteile und Vorzüge. Beispielsweise stellt die vorliegende Erfindung ein relativ einfaches Verfahren zum raschen Kalibrieren der Strahlungserfassungsvorrichtungen zur Verfügung. Die Kalibrationen können, wenn dies erwünscht ist, durch Anordnen eines Kalibrationswafers in der Wärmebehandlungskammer automatisch zwischen Wafern oder Wafergruppen durchgeführt werden. Ferner kann ein Kalibrationswafer unter Verwendung der gleichen Vorrichtung, welche die Wafer bewegt und befördert, in die Wärmebehandlungskammer eingelegt und aus dieser entnommen werden.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Kalibration von Strahlungserfassungsvorrichtungen in Wärmebehandlungskammern gemäß einem relativ einfachen Verfahren, welches keine wesentliche Störung des Betriebs der Kammer erfordert. Die vorliegende Erfindung kann verwendet werden, um pyrometrische Einpunkt- oder Mehrpunktsysteme zu kalibrieren. Ferner ermöglichen das Verfahren und das System der vorliegenden Erfindung eine Kalibration, ohne einen mit einem Thermoelement versehenen Wafer aufnehmen zu müssen, wie dies in der Vergangenheit der Fall war.
  • In 3 ist nunmehr ein Ausführungsbeispiel in Form einer vereinfachten schematischen Darstellung der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wie dargestellt, umfaßt das System einen Halbleiterwafer 14 und eine Temperaturmeßvorrichtung 27, wie etwa ein Pyrometer, welche normalerweise verwendet wird, um die Temperatur des Wafers zu überwachen. Um die Temperaturmeßvorrichtung 27 zu kalibrieren, umfaßt das System ferner eine Kalibrierungslichtquelle 23, welche an einem bestimmten Ort Infrarotlicht auf den Wafer 14 abstrahlt. Auf der gegenüberliegenden Seite des Wafers befindet sich ein Lichtdetektor 42, welcher die Menge des Infrarotlichts erfaßt, welche durch den Wafer 14 durchgelassen wird.
  • Messungen der Durchlässigkeit des Wafers können verwendet werden, um die Temperatur zu bestimmen, da der Absorptionskoeffizient α(λ, T) von Silizium eine Funktion der Wellenlänge λ der Strahlung und der Temperatur T ist. Die folgende Erörterung umfaßt die mathematischen Prinzipien, welche die Durchlässigkeitsmessungen mit α(λ, T) verknüpfen.
  • Ein allgemeiner Wafer weist verschiedene Eigenschaften auf, welche zu berücksichtigen sind. Die zwei Oberflächen des Wafers können verschiedene Reflexionswerte und Durchlässigkeitswerte aufweisen. Ferner können die Reflexionswerte der Oberflächen für Strahlung, welche von außerhalb des Wafers bzw. von innerhalb des Wafers auf diese trifft, verschieden sein. Wenn ein Wafer halbtransparent ist, beeinflussen mehrfache Reflexionen der verschiedenen Energiestrahlen, welche in dem Wafer laufen, dessen scheinbares Reflexionsvermögen R·(λ, T) und dessen scheinbare Durchlässigkeit S·(λ, T) gemäß Betrachtung von außerhalb des Wafers. Die zuletzt genannten Größen können durch optische Messungen direkt gemessen werden. Bei dem Kalibrationsverfahren kann S·(λ, T) gemessen werden, da diese Größe die temperaturempfindlichste ist (obgleich R·(λ, T) gleichfalls für Temperaturmessungen verwendet werden kann). In einigen Schriften wird R·(λ, T) als Reflexionswert und S·(λ, T) als Durchlässigkeitswert bezeichnet.
  • In der nachfolgenden Erörterung ist Tt die Durchlässigkeit der oberen Oberfläche des Wafers, Tb ist die Durchlässigkeit der unteren Oberfläche des Wafers, Rts ist das Reflexionsvermögen der oberen Oberseite des Wafers für Strahlung, welche von innerhalb des Substrats auf diese trifft, und Rbs ist das Reflexionsvermögen der unteren Oberfläche des Wafers für Strahlung, welche von innerhalb des Substrats auf diese trifft. Generell sind, wenn die einfallende Strahlung nicht lotrecht einfällt, sämtliche Eigenschaften Funktionen der Polarisationsebene der Strahlung. Die Größe A ist die Intensitätsdämpfung eines Strahls, welcher durch das Substrat läuft, welche gegeben ist durch A = exp(–α(λ, T)d/cosθ) (1)
  • Wobei d die Dicke des Substrats ist und θ der innere Laufrichtungswinkel ist. Der zuletzt genannte Winkel ist der Winkel der Richtung des Strahls und der Lotrechten zu der Waferoberfläche. Die scheinbare Durchlässigkeit des Wafers ist sodann durch den Ausdruck gegeben
    Figure DE000010392854B4_0002
  • Das Signal, welches bei dem Photodetektor V(T) in der Vorrichtung gemessen wird, ist direkt proportional zu dieser Größe und zu der Intensität der Strahlung, welche von der Beleuchtungslichtquelle I0 auf den Wafer fällt. Die Beziehung lautet V(T) = CI0S·(λ, T) (3)
  • Wobei C eine Konstante ist, welche durch die optischen und elektronischen Einrichtungen beeinflußt wird, welche sich jedoch nicht mit der Wafertemperatur ändert. Um die Wafertemperatur abzuleiten, sollten die Wirkungen der unbekannten Größen, welche I0 und C umfassen, aus den Messungen eliminiert werden. Dies kann in mehreren Weisen erfolgen. Die optischen Eigenschaften der Waferoberflächen (wie etwa deren Reflexionswerte und Durchlässigkeitswerte) sollten gleichfalls berücksichtigt werden. Ein „Normierungsverfahren“ kann diese Aspekte berücksichtigen. Beispielsweise sind im folgenden zwei Ansätze beschrieben:
    • (a) Normieren bezüglich des Falls, daß der Wafer nicht in dem System vorhanden ist: In diesem Fall wird der Durchlässigkeitswert des Systems 1, da kein Wafer vorhanden ist, um Strahlung zu absorbieren oder zu reflektieren. Es kann ein Normierungssignal V00 gemessen werden, welches gegeben ist durch V00 = CI0 (4)
  • Durch Dividieren eines Signals V(T) eines „heißen Wafers“ durch V00 können die Wirkungen von C und I0 eliminiert werden. Die Wirkungen der anderen Größen in S·(λ, T) müssen jedoch weiterhin berücksichtigt werden. Dies kann durch Kenntnis der optischen Eigenschaften des verwendeten Wafers bewerkstelligt werden, wobei dies Tt, Tb, Rbs und Rts umfaßt. Im Hinblick darauf kann der Wafer, welcher bei dem Kalibrationsverfahren verwendet wird, derart ausgewählt werden, daß diese Größen durch Ausführen von Berechnungen auf Basis der bekannten Filmbeschichtungen auf den Oberflächen des Wafers bestimmt werden können. Die Berechnungen können ferner durch verschiedene optische Messungen, welche unter kontrollierten Bedingungen vorgenommen werden können, erweitert werden. Der Absorptionskoeffizient kann sodann durch Auflösen nach A in Gleichung 1 aus dem gemessenen Wert von S·(λ, T) erhalten werden. Wenn A bekannt ist, ist es möglich, eine Korrektur für die Wirkung der Waferdicke (welche gemessen wurde) vorzunehmen und α(λ, T) abzuleiten. Da die Funktion α(λ, T) bekannt ist, kann T abgeleitet werden. Dieser Ablauf ermöglicht es ferner, Korrekturen für Änderungen der Wellenlänge der Lichtquelle vorzunehmen. Das genaue Verfahren zum Verwirklichen dieses Ablaufs kann sich in Abhängigkeit von der Anwendung ändern. Beispielsweise kann man als ein Beispiel eine Matrixgruppe für S·(λ, T) mit Waferdicke und Quellenwellenlänge als Parametern und T als Variabler erzeugen und sodann einen Optimalwert für T hinsichtlich der Übereinstimmung mit dem gemessenen Wert von S·(λ, T) numerisch bestimmen.
  • Die Größen Tt, Tb, Rbs und Rts können ihrerseits Temperatur- und Wellenlängenabhängigkeiten aufweisen. Genauigkeitshalber sollte dieser Effekt bei der analytischen Auswertung dadurch berücksichtigt werden, daß das bekannte Verhalten der Waferoberflächen explizit einbezogen wird. Wiederum sind die Korrekturen durch Verwenden optischer Standardverfahren der analytischen Auswertung zum Berechnen von Tt, Tb, Rbs und Rts als Funktionen von Wellenlänge und Temperatur möglich.
  • (b) Normieren bezüglich des Falls, daß sich der Wafer in einem „kühlen“ Zustand befindet:
    In diesem Fall wird das Normierungssignal V01 aufgenommen, nachdem der Kalibrationswafer in das System eingelegt wurde. V01 ist gegeben durch V01 = CI0S·(λ, Tkühl) (5) wobei S·(λ, Tkühl) die Waferdurchlässigkeit bei der „kühlen“ Temperatur ist. Diese Temperatur ist normalerweise eine beliebige Temperatur, bei welcher die Absorption in dem Wafer bei der Kalibrationswellenlänge vernachlässigbar ist. In dem Fall ist A ≈ 1, und man kann schreiben:
    Figure DE000010392854B4_0003
  • Wenn nun ein Signal V(T) eines „heißen Wafers“ unter Verwendung von V01 normiert wird, erhält man den Ausdruck
    Figure DE000010392854B4_0004
  • Vorausgesetzt, daß Tt und Tb nicht von der Temperatur abhängen, vereinfacht sich dies sodann zu
    Figure DE000010392854B4_0005
  • Eine weitere Vereinfachung kann durch Prüfen der Größenordnung des Produkts A2RtsRbs erfolgen, welches in Ausdruck 8 erscheint. Dieser Ausdruck ist aus zwei Gründen gewöhnlich sehr klein. Erstens muß für eine gute Temperaturempfindlichkeit eine angemessen starke Absorption in dem Wafer vorliegen, also sollte sich A deutlich unter 1 befinden. Zweitens kann ein Wafer ausgewählt werden, welcher bei der Durchlässigkeitsmessungswellenlänge relativ kleine Werte für das Reflexionsvermögen der Waferoberfläche aufweist. Dies kann getan werden, um das durchgelassene Lichtsignal zu maximieren. Ein weiterer praktisch bedeutsamer Punkt ist, daß der Interferenzeffekt, welcher zu beobachten ist, wenn kohärente Lichtquellen zur Beleuchtung verwendet werden, einige Probleme bei den Messungen verursacht. Durch Vorliegen eines sehr kleinen Werts für Rts oder Rbs können die oben genannten Probleme vermindert werden. Ferner ist selbst für einen einfachen Siliziumwafer Rts = Rbs ≈ 0,3, also RtsRbs ≈ 0,09. Somit ist der Term RtsRbs gewöhnlich << 1. Infolgedessen kann man die Näherung des Vernachlässigens dieses Terms, verglichen mit 1, in dem Nenner des Ausdrucks 8 vornehmen. Diese Vereinfachung führt zu einer einfachen Form für das Signal, wenn dieses bezüglich des „kühlen“ Zustands normiert wird
    Figure DE000010392854B4_0006
    vorausgesetzt, daß RtsRbs << 1 ist, kann sich der Ausdruck weiter vereinfachen zu
    Figure DE000010392854B4_0007
  • Der Vorteil dieses Ansatzes ist, daß es, vorausgesetzt, daß bei Tt bzw. Tb keine bedeutende Temperaturabhängigkeit vorliegt, nicht notwendig ist, die optischen Eigenschaften der Waferoberflächen zu kennen. Dies kann die Temperaturinterpretation unempfindlicher gegen Änderungen der Eigenschaften von Beschichtungen auf dem Wafer und die Feinstruktur der Oberflächen machen.
  • Die Frage, welcher Normierungsansatz besser ist, wird durch praktische Erwägungen bestimmt. Der Vorteil des Falls, daß die Messung vorgenommen wird, ohne daß der Wafer vorhanden ist, ist, daß man keine Interferenzeffekte zu fürchten braucht, welche ihren stärksten Einfluß in dem „kalten“ Zustand aufweisen. Der Vorteil des Vornehmens der Messung, wobei sich der Wafer in dem „kühlen“ Zustand befindet, ist, daß ein automatischer Ausgleich für jegliche kleinen Schwankungen der Oberflächenreflexionswerte, -durchlässigkeiten oder -feinstruktureffekte erfolgt.
  • Die oben beschriebene analytische Auswertung basiert vollständig auf der Voraussetzung, daß das scheinbare Reflexionsvermögen und die scheinbare Durchlässigkeit durch Aufaddieren der Energiebeiträge berechnet werden können, welche durch die verschiedenen Strahlen entstehen, welche mehrfache Reflexionen durchlaufen, welche in 22 dargestellt sind. Diese Voraussetzung ist gültig, wenn keine Korrelation zwischen den elektrischen Feldern, welche mit diesen Strahlen verbunden sind, besteht. Dies ist der Fall, wenn die erfaßte Strahlung eine optische Bandbreite umfaßt, welche einen bedeutenden Bruchteil (beispielsweise > 0,001) der „Mittelpunktswellenlänge“ darstellt, und der Wafer „optisch dick“ ist, das bedeutet, daß dessen Dicke einem großen Vielfachen (beispielsweise > 100fach) der Wellenlänge des Lichts entspricht. Diese Bedingungen entsprechen dem Fall, daß das Licht als „inkohärent“ betrachtet wird.
  • In dem Fall, daß die Lichtquelle „kohärent“ ist, umfaßt die Strahlung, welche erfaßt wird, typischerweise einen sehr schmalen Bereich von Wellenlängen, und/oder der Wafer ist optisch „dünn“. In diesem Fall kann eine starke Korrelation zwischen den elektrischen Feldern der verschiedenen Strahlen, welche in dem Wafer verlaufen, vorliegen. Wenn dies der Fall ist, gibt das Aufaddieren der Energiebeiträge nicht die korrekten physikalischen Verhältnisse wieder. Stattdessen ist es notwendig, eine vektorielle Summierung der elektrischen und magnetischen Felder der elektromagnetischen Wellen vorzunehmen, welche mit den Strahlen verbunden sind, welche mehrfache Reflexionen durchlaufen, um die richtigen scheinbaren Reflexionswerte und Durchlässigkeitswerte zu erhalten. Unter diesen Bedingungen wird die Wirkung der Phasenänderungen der Wellen, wenn diese das Substrat durchqueren, sehr wichtig. Wenn die Felder für zwei Wellenkomponenten in Phase addiert werden, so ist die Wirkung als konstruktive Interferenz bekannt, da das resultierende Feld verstärkt wird, und wenn diese genau außer Phase sind, so ist dies als destruktive Interferenz bekannt, da das resultierende Feld abgeschwächt wird. Diese Interferenzeffekte können einen stärkeren Einfluß auf die optischen Eigenschaften ausüben und machen diese ferner extrem empfindlich gegenüber der Phasenänderung, welche erfolgt, und daher gegenüber der Waferdicke, der Wellenlänge der Strahlung, dem Einfallswinkel und dem Brechungsindex des Substrats.
  • Dies kann ein Problem darstellen, da dies mit sehr starken Schwankungen der erfaßten Signale verbunden ist, welche nicht mit Änderungen von α(λ, T), dem Absorptionskoeffizienten von Silizium, verknüpft sind. Das Problem wird stark vermindert, wenn die Absorption ansteigt und der Wafer lichtundurchlässig wird, da die mehrfachen Reflexionen stark gedämpft werden und der größte Teil der durchgelassenen Lichtintensität hauptsächlich von dem Licht herrührt, welches direkt durch das Substrat läuft, so daß Interferenzeffekte einen geringen Einfluß ausüben. Nachfolgend werden verschiedene Verfahren zum Vermindern von Problemen, welche durch Interferenzeffekte entstehen, beschrieben.
  • Aus dem Verhältnis der Durchstrahlung eines Wafers bei einer relativ hohen Temperatur zu der Durchstrahlung, wenn die Absorption vernachlässigbar ist (siehe die obigen Gleichungen), wie etwa bei niedrigen Temperaturen oder wenn kein Wafer in dem System vorhanden ist, kann die Temperatur des Wafers bei den höheren Temperaturen berechnet werden. Beispielsweise ist 2 ein Kurvendiagramm, welches das Durchlässigkeitsverhältnis darstellt, welches für einen Siliziumwafer mit einem Durchmesser von 200 mm und einer Dicke von etwa 725 Mikrometer bei verschiedenen Wellenlängen gemessen wurde. Wie dargestellt, ändern sich die Wellenlängen von 1,064 Mirometer bis 1,55 Mikrometer. Wie gleichfalls dargestellt, kann die Durchlässigkeit bei den größeren Wellenlängen verwendet werden, um höhere Temperaturen zu bestimmen.
  • Bei den enthaltenen Lichtwellenlängen werden Temperaturmessungen oberhalb von etwa 850°C jedoch schwierig´, da das durchgelassene Lichtsignal schwach wird und schwierig zu erfassen ist. Um Temperaturmessungen selbst bei höheren Temperaturen vorzunehmen, kann ein Kalibrationswafer verwendet werden, welcher dünner als der 725-Mikrometer-Wafer ist, welcher verwendet wird, um die Ergebnisse in 2 zu erzeugen. Die Verwendung dünnerer Wafer zum Bestimmen von Temperaturen oberhalb von 850°C wird nachfolgend genauer erörtert.
  • Wenn die Temperaturmeßvorrichtung 27 kalibriert wird, wie in 3 dargestellt, ist es wünschenswert, daß die Kalibrierungslichtquelle 23 und der Lichtdetektor 42 Messungen möglichst nahe bei dem Ort auf dem Wafer vornehmen, wo die Temperatur durch die Temperaturmeßvorrichtung 27 gemessen wird. Anders ausgedrückt, sollte sich der Kalibrationsmeßkopf bei einer Position in dem Sichtfeld des Pyrometers oder nahe genug daran befinden, daß sehr kleine Temperaturunterschiede zwischen der Temperatur bei dem Kalibrationsmeßkopf und der Temperatur in dem Sichtfeld des Pyrometers vorliegen. Dies kann durch Verwenden der Thermodiffusionslänge Ld quantifiziert werden, welche gegeben ist durch:
    Figure DE000010392854B4_0008
    wobei kSi die Wärmeleitfähigkeit von Silizium ist, dw die Waferdicke ist, εf und εb die Gesamtemissionswerte der vorderen bzw. der hinteren Oberfläche sind, σ die Stefan-Boltzmann-Konstante ist und T die Wafertemperatur ist.
  • Für viele Anwendungen sollte sich der Kalibrationspunkt innerhalb eines Bereichs von ≈ Ld um das Sichtfeld des Pyrometers befinden. Wenn die Temperatur ansteigt, wird die Entfernung kleiner. Beispielsweise kann diese Entfernung bei hohen Temperaturen, wie etwa mehr als 1100°C, beispielsweise etwa 4 mm klein sein. Dennoch sollte die Entfernung zwischen dem Kalibrationspunkt und dem Pyrometersichtfeld für viele Anwendungen etwa 3Ld nicht überschreiten. Beispielsweise sollte die Entfernung zwischen dem Ort auf dem Wafer, wo die Temperatur durch die Temperaturmeßvorrichtung gemessen wird, und dem Ort auf dem Wafer, wo der Lichtdetektor das durchgelassene Licht erfaßt, bei den meisten Anwendungen nicht größer als etwa 5 cm sein.
  • Wenn der Wafer in der Wärmebehandlungskammer gedreht wird, kann die Genauigkeit dadurch aufrechterhalten werden, daß das durchgelassene Licht bei dem gleichen bzw. nahe bei dem gleichen Radius des Wafers wie dem, bei welchem die Temperaturmeßvorrichtung 27 die Wafertemperatur mißt, erfaßt wird, wie in 4 dargestellt.
  • In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Wärmebehandlungssystems, generell 10, welches ein System zum Kalibrieren von Temperaturerfassungsvorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt, dargestellt.
  • Das System 10 umfaßt eine Behandlungskammer 12, welche geeignet ist, Substrate, wie etwa Halbleiterwafer, aufzunehmen, um verschiedene Verfahren durchzuführen. Die Kammer 12 ist geeignet, die Wafer mit sehr schnellen Geschwindigkeiten und unter sorgfältig kontrollierten Bedingungen zu erwärmen. Die Kammer 12 kann aus verschiedenen Materialien hergestellt sein, wobei dies bestimmte Metalle, Gläser und Keramiken umfaßt. Beispielsweise kann die Kammer 12 aus rostfreiem Stahl oder Quarz hergestellt sein.
  • Wenn die Kammer 12 aus einem wärmeleitenden Material hergestellt ist, umfaßt die Kammer vorzugsweise ein Kühlsystem. Beispielsweise umfaßt, wie in 1 dargestellt, die Kammer 12 eine Kühlleitung 16, welche um den Umfang der Kammer gewunden ist. Die Leitung 16 ist geeignet, ein Kühlfluid, wie etwa Wasser, zu leiten, welches verwendet wird, um die Wände der Kammer 12 auf einer konstanten Temperatur zu halten.
  • Die Kammer 12 kann ferner einen Gaseinlaß 18 und einen Gasauslaß 20 zum Einleiten eines Gases in die Kammer und/oder zum Halten der Kammer in einem vorbestimmten Druckbereich umfassen. Beispielsweise kann ein Gas zur Reaktion mit den Wafern durch den Gaseinlaß 18 in die Kammer 12 eingeleitet werden. Nach der Behandlung kann das Gas sodann unter Verwendung des Gasauslasses 20 aus der Kammer abgepumpt werden.
  • Alternativ kann ein inertes Gas durch den Gaseinlaß 18 in die Kammer 12 eingespeist werden, um zu verhindern, daß unerwünschte oder nicht wünschenswerte Nebenreaktionen in der Kammer erfolgen. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel können ein Gaseinlaß 18 und ein Gasauslaß 20 verwendet werden, um die Kammer 12 unter Druck zu setzen. Ferner kann ein Unterdruck in der Kammer 12 erzeugt werden, wenn dies erwünscht ist, wobei der Gasauslaß 20 oder ein zusätzlicher größerer Auslaß, welcher unter dem Niveau des Wafers angeordnet ist, verwendet wird.
  • Während einer Behandlung kann die Kammer 12 bei einem Ausführungsbeispiel eine Substrathalterung 15 umfassen, welche geeignet ist, Wafer unter Verwendung einer Waferdrehvorrichtung 21 zu drehen, wie durch den Pfeil dargestellt, welcher sich über dem Wafer 14 befindet. Das Drehen des Wafers fördert eine größere Gleichmäßigkeit der Temperatur auf der Oberfläche des Wafers und fördert einen verbesserten Kontakt zwischen dem Wafer und jeglichen Gasen, welche in die Kammer eingeleitet werden. Es sei jedoch bemerkt, daß die Kammer 12 außer für Wafer auch zum Behandeln optischer Elemente, Filme, Fasern, Bänder und anderer Substrate mit einer beliebigen Gestalt geeignet ist.
  • Eine Wärmequelle, generell 22, ist in Verbindung mit der Kammer 12 zum Erwärmen der Wafer beim Behandeln aufgenommen. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfaßt die Wärmequelle 22 eine Vielzahl von Lampen bzw. Lichtquellen 24, wie etwa Wolfram-Halogenlampen. Die Wärmequelle 22 kann einen Reflektor oder eine Gruppe von Reflektoren umfassen, um Wärmeenergie, welche durch die Wärmequelle auf die Wafer abgestrahlt wird, sorgfältig zu lenken, um eine sehr gleichmäßige Wafertemperatur zu erzeugen. Wie in 1 dargestellt, sind die Lampen 24 über der Kammer angeordnet. Es sei jedoch bemerkt, daß die Lampen 24 an einem beliebigen speziellen Ort angeordnet sein können, wie etwa unter dem Wafer, allein oder in Kombination mit Lampen 24.
  • Die Verwendung von Lampen 24 als Wärmequelle 22 kann verschiedene Vorteile bieten. Beispielsweise weisen Lampen viel höhere Erwärmungs- und Abkühlungsgeschwindigkeiten als andere Heizvorrichtungen, wie etwa elektrische Elemente oder herkömmliche Öfen, auf. Die Lampen 24 erzeugen ein schnelles isothermisches Behandlungssystem, wobei diese sofortige Energie liefern und typischerweise eine sehr kurze und gut gesteuerte Anlaufperiode erfordern. Der Energiefluß von den Lampen 24 kann jederzeit auch abrupt unterbrochen werden. Wie in der Figur dargestellt, sind die Lampen 24 mit einem stufenweisen Energieregler 25 versehen, welcher verwendet werden kann, um die Wärmeenergie, welche durch die Lampen abgestrahlt wird, zu erhöhen oder zu vermindern.
  • Außer einer Verwendung von Lampen 24 oder zusätzlich zu einer Verwendung von Lampen 24 als Wärmequelle 22 kann das System 10 einen beheizten Suszeptor 26 zum Erwärmen des Wafers 14 umfassen. Der Suszeptor 26 kann beispielsweise eine elektrische Widerstandsheizung oder eine Induktionsheizung sein. Bei dem System, welches in 1 dargestellt ist, ist der Suszeptor 26 unter dem Wafer 14 angeordnet. Ähnlich wie die Heizlampen kann der Suszeptor 26 jedoch auch unter dem Wafer angeordnet sein, kann über dem Wafer angeordnet sein oder kann das System mehrere Suszeptoren umfassen, welche über und unter dem Wafer angeordnet sind.
  • Ferner ist in der Kammer 12 eine Vielzahl von Strahlungserfassungsvorrichtungen, generell 27, enthalten. Die Strahlungserfassungsvorrichtungen 27 umfassen optische Fasern bzw. Lichtleiter 28, welche sich wiederum in Verbindung mit einer Vielzahl entsprechender Lichtdetektoren 30 befinden. Die optischen Fasern 28 sind geeignet eingerichtet, um Wärmeenergie, welche durch einen Wafer, welcher in der Kammer vorhanden ist, bei einer bestimmten Wellenlänge abgestrahlt wird, aufzunehmen. Die Menge der erfaßten Strahlung wird sodann zu Lichtdetektoren 30 geleitet, welche ein verwendbares Spannungssignal zum Bestimmen der Temperatur des Wafers erzeugen. Bei einem Ausführungsbeispiel umfaßt jede optische Faser 28, welche sich in Verbindung mit einem Lichtdetektor 30 befindet, ein Pyrometer.
  • Wie dargestellt, umfaßt das System 10 ein Fenster 32, welches die Lampen 24 von der Kammer 12 trennt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dient das Fenster 32 zum Isolieren der Lampen 24 von den Wafern und zum Verhindern einer Verunreinigung der Kammer.
  • Wie in 1 dargestellt, umfaßt das System 10 gemäß der vorliegenden Erfindung eine Kalibrierungslichtquelle 23 und einen Lichtdetektor 42, um die Strahlungserfassungsvorrichtungen 27 zu kalibrieren. Wie oben beschrieben, strahlt die Kalibrierungslichtquelle 23 an einem bestimmten Ort Lichtenergie, insbesondere Infrarotlichtenergie, auf den Wafer ab. Das von der Kalibrierungslichtquelle 23 abgestrahlte Licht, welches durch den Wafer durchgelassen wird, wird durch den Lichtdetektor 42 erfaßt. Anhand dieser Information kann die Temperatur des Wafers bestimmt werden, um die Strahlungserfassungsvorrichtung zu kalibrieren.
  • Wie in 1 dargestellt, kann die Kalibrierungslichtquelle 23 zwischen den Heizlampen 24 direkt gegenüber dem Wafer 14 angeordnet sein. Alternativ kann die Kalibrierungslichtquelle 23 jedoch gegenüber der Kammer an einem anderen Ort angeordnet sein. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann Licht, welches von der Kalibrierungslichtquelle abgestrahlt wird, unter Verwendung faseroptischer Einrichtungen zu dem Wafer 14 geleitet werden.
  • Um die Menge der Lichtenergie, welche durch den Wafer durchgelassen wird, genau zu messen, kann der Detektor 42 einen Lichtkanal 44 umfassen, welcher das durchgelassene Licht zu dem Lichtdetektor leitet, wie in 1 dargestellt.
  • Die Kalibrierungslichtquelle 23, welche in dem System der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann generell eine beliebige Vorrichtung sein, welche in der Lage ist, Lichtenergie bei einer erwünschten Wellenlänge abzustrahlen. Beispielsweise kann die Kalibrierungslichtquelle 23 eine inkohärente Lichtquelle oder eine kohärente Lichtquelle sein. Beispiele inkohärenter Lichtquellen umfassen Wolfram-Halogenlampen, Bogenlampen, Leuchtdioden, Superlumineszenz-Leuchtdioden etc. Demgegenüber umfassen kohärente Lichtquellen eine Festzustandsvorrichtung, wie etwa eine Laserdiode, einen Superfluoreszenzfaserlaser, andere Typen von Lasern etc.
  • Wenn es notwendig ist, die Strahlungserfassungsvorrichtungen zu kalibrieren, wird ein Kalibrationswafer 14 in der Kammer angeordnet, und der obige Ablauf wird ausgeführt. In 1 sind lediglich eine einzige Kalibrierungslichtquelle 23 und ein Lichtdetektor 42 dargestellt. Es sei jedoch bemerkt, daß das System für die meisten Anwendungen mehrere Lichtdetektoren und entsprechende Kalibrierungslichtquelle zum Kalibrieren der verschiedenen Strahlungserfassungsvorrichtungen umfaßt.
  • In 1 umfaßt das System 10 ferner eine Systemsteuerung 50, welche beispielsweise ein Mikroprozessor sein kann. Die Steuerung 50 empfängt Spannungssignale von Lichtdetektoren 30, welche die Strahlungsmengen darstellen, welche an den verschiedenen Orten gemessen werden. Auf Basis der empfangenen Signale wird die Steuerung 50 geeignet konfiguriert, um die Temperatur der Wafer zu berechnen, welche in der Kammer enthalten sind.
  • Die Systemsteuerung 50 gemäß Darstellung in 1 kann sich ferner in Verbindung mit einem Lampenenergieregler 25 befinden. Bei dieser Anordnung kann die Steuerung 50 die Temperatur eines Wafers berechnen und auf Basis der berechneten Information die Menge der Wärmeenergie berechnen, welche durch die Lampen 24 abgestrahlt wird. In dieser Weise können sofortige Einstellungen vorgenommen werden, welche die Bedingungen in dem Reaktor 12 zum Behandeln des Wafers innerhalb sorgfältig abgestimmter Grenzen betreffen. Wie oben beschrieben, kann das System zusätzlich zu den Lampen 24 bzw. als Alternative zu den Lampen 24 ferner einen Suszeptor 26 umfassen, wie in 1 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Steuerung 50 ferner verwendet werden, um die Wärmemenge zu regeln, welche durch den Suszeptor abgestrahlt wird. Wenn beide Heizvorrichtungen vorhanden sind, kann der Suszeptor unabhängig von den Lampen oder in Verbindung mit den Lampen gesteuert werden. (Oder das System enthält möglicherweise keine Lampen, sondern lediglich einen Suszeptor.)
  • Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Steuerung 50 ferner verwendet werden, um andere Elemente in dem System automatisch zu steuern. Beispielsweise kann die Steuerung 50 verwendet werden, um die Durchflußgeschwindigkeit von Gasen zu regeln, welche durch den Gaseinlaß 18 in die Kammer 12 eintreten. Wie dargestellt, kann die Steuerung 50 ferner verwendet werden, um die Drehzahl zu regeln, mit welcher der Wafer 14 in der Kammer gedreht wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Systemsteuerung 50 ferner verwendet werden, um die Strahlungserfassungsvorrichtungen 27 zu kalibrieren. Beispielsweise kann sich die Steuerung 50 auch in Verbindung mit der Kalibrierungslichtquelle 23 und dem Lichtdetektor 42 befinden. In dieser Weise kann die Steuerung 50 verwendet werden, um zu steuern, wann die Kalibrierungslichtquelle 23 Licht abstrahlt und welche Lichtmenge abgestrahlt wird. Die Steuerung 50 kann ferner geeignet konfiguriert werden, um Informationen von dem Lichtdetektor 42 zu empfangen, um die Temperatur eines Kalibrationswafers zu bestimmen und danach die Strahlungserfassungsvorrichtungen 27 auf Basis der bestimmten Temperatur zu kalibrieren.
  • Es werden nun verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erörtert. Insbesondere wird eine erste Betriebsweise der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einer inkohärenten Lichtquelle beschrieben, gefolgt von einer Erörterung einer Verwendung einer kohärenten Lichtquelle. Danach werden verschiedene Ausführungsbeispiele eines Kalibrationswafers beschrieben. Zuletzt werden Verfahren zum Ausführen der vorliegenden Erfindung erörtert.
  • Kalibrierungslichtquelle
  • A. Inkohärente Lichtquelle
  • Wie erwähnt, kann die Kalibrierungslichtquelle 23 bei einem Ausführungsbeispiel eine inkohärente Lampe sein, wie etwa eine Wolfram-Halogenlampe oder eine Leuchtdiode. Beispielsweise kann die Kalibrierungslichtquelle bei einem Ausführungsbeispiel eine Superlumineszenz-Leuchtdiode sein. Einige inkohärente Lichtquellen weisen den Vorteil auf, daß diese als Lichtquelle für Durchlässigkeitsmessungen bei verschiedenen Wellenlängen verwendet werden können, wie dies erwünscht ist. Beispielsweise strahlen einige inkohärente Lichtquellen einen breiten Bereich von Wellenlängen ab, während andere, wie etwa Leuchtdioden, relativ schmale Wellenlängenbereiche abstrahlen. Wenn eine inkohärente Lampe verwendet wird, kann der Lichtdetektor 42 einen einzigen Detektor zum Erfassen einer einzigen Wellenlänge umfassen oder kann eine Detektoranordnung umfassen, welche das durchgelassene Signal gleichzeitig bei verschiedenen Wellenlängen mißt.
  • Es sei ferner bemerkt, daß außer dem Aufnehmen einer einzigen Kalibrierungslichtquelle 23, wie in 1 dargestellt, mehrere Lichtquellen in dem System der vorliegenden Erfindung vorhanden sein können. Alternativ kann eine einzige Kalibrierungslichtquelle verwendet werden, welche in Verbindung mit mehreren optischen Fasern zum Leiten des Lichts auf den Wafer bei mehreren Positionen angeordnet ist.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Abstrahlung der Kalibrierungslichtquelle gepulst werden, beispielsweise durch einen mechanischen Zerhacker, oder diese kann elektronisch gepulst werden. Das Abstrahlen der Lichtenergie von der Kalibrierungslichtquelle auf den Wafer in Intervallen kann dazu beitragen, die Menge des vorhandenen Hintergrundstreulichts durch Vornehmen einer Messung, wenn die Kalibrierungslichtquelle Licht abstrahlt und wenn die Kalibrierungslichtquelle kein Licht abstrahlt, zu bestimmen.
  • Ein Ausführungsbeispiel eines Systems, welches gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einer inkohärenten Lichtquelle als Kalibrierungslichtquelle 23 hergestellt ist, ist in 5 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sendet die Lichtquelle 23 einen Lichtstrahl, welcher durch einen Lichtdetektor 42 erfaßt wird, durch einen Kalibrationswafer 14. Der Lichtdetektor 42 kann beispielsweise ein Photodetektor oder eine beliebige andere geeignete Vorrichtung sein.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Lampe 23 in Verbindung mit einer optischen Kollimationseinrichtung 60 zum Fokussieren des Lichts auf einen bestimmten Ort des Wafers 14 verwendet. Um das Licht, welches durch den Wafer durchgelassen wird, zu messen und um Streulicht zu eliminieren, kann das System eine oder mehrere Öffnungen 62 umfassen, welche das Sichtfeld für den Lichtdetektor 42 definieren. Ein Spektralfilter 64 kann ferner aufgenommen sein, um den zu erfassenden Wellenlängenbereich besser zu definieren. Obgleich das Ausführungsbeispiel, welches in 5 dargestellt ist, in Zusammenhang mit der Verwendung einer inkohärenten Lichtquelle beschrieben wurde, sei bemerkt, daß die Verwendung einer optischen Kollimationseinrichtung und generell der Anordnung, welche in 5 dargestellt ist, mit sämtlichen verschiedenen Typen von Lichtquellen erfolgen kann, gleichgültig, ob die Lichtquellen kohärent oder inkohärent sind.
  • B. Kohärente Lichtquellen
  • Als Alternative zum Verwenden einer inkohärenten Lichtquelle kann die Kalibrierungslichtquelle ferner eine kohärente Lichtquelle sein, wie etwa ein Laser, welcher eine relativ hohe Energie in einem schmalen Wellenlängenbereich liefern kann. Ein spezielles Beispiel einer kohärenten Lichtquelle ist ein Halbleiterlaser. Derartige Lichtquellen sind einfach elektrisch zu modulieren. Kohärente Lichtquellen, wie etwa Laser, weisen ein sehr schmales Energieemissionsspektrum auf. Obgleich dies einige Vorteile bieten kann, kann das Vorliegen eines schmalen Emissionsspektrums auch potentielle Probleme erzeugen. Insbesondere kann das System empfindlicher gegenüber Interferenzeffekten werden, wenn Licht, welches durch die kohärente Lichtquelle abgestrahlt wird, zwischen den zwei Oberflächen des Wafers reflektiert wird. Insbesondere kann das durchgelassene Signal, welches schließlich den Lichtdetektor 42 erreicht, empfindlicher auf die Waferdicke und dessen Brechungsindex reagieren als beim Verwenden einer inkohärenten Lichtquelle. Es können jedoch verschiedene Maßnahmen ergriffen werden, um diesem Effekt entgegenzuwirken.
  • Beispielsweise kann bei einem Ausführungsbeispiel eine kohärente Lichtquelle verwendet werden, welche ein Emissionsspektren mit mehreren Wellenlängen oder eine Gruppe schmaler Emissionsspektren aufweist. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Kalibrationswafer mindestens eine rauhe Oberfläche umfassen, obgleich dies die unerwünschte Wirkung haben kann, daß ein Teil des Lichts von der Lichtquelle gestreut wird. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die Weglänge des Lichts, welches durch die Kalibrierungslichtquelle abgestrahlt wird, beispielsweise durch Herstellen kleiner Änderungen der Waferdicke geändert werden. Speziell kann die Dicke des Wafers etwa durch schrittweises Verkleinern in den Bereichen, in welchen die Durchlässigkeitsmessungen erfolgen sollen, geändert werden. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Kalibrationswafer reflexionsdämpfende Beschichtungen umfassen, wie unten genauer beschrieben.
  • Wenn der Wafer beim Erwärmen gedreht wird, ist es möglich, die Drehung zu nutzen, um die Wirkung der Interferenz in dem Wafer zu vermindern. Ein Ansatz ist es, den Wafer zu drehen und das durchgelassene Lichtsignal zu messen. Wenn sich der Wafer dreht, ändert sich die Dicke des Wafers, welche durch den Infrarotstrahl geprüft wird, geringfügig, und die Bedingung für Interferenz ändert sich, wobei dies Schwankungen der durchgelassenen Lichtintensität bewirkt. Durch Aufnehmen des Signals über mindestens eine Drehung hinweg kann die Wirkung der Interferenz durch Mittelung eliminiert werden, um einen zuverlässigeren Wert für die Durchlässigkeit zu erhalten.
  • Ein anderer Ansatz ist mit dem Anordnen eines optischen Elements (wie etwa einer geschliffenen Glasscheibe) in dem Weg der kohärenten Lichtquelle, so daß die räumliche Kohärenz des Lichtstrahls verlorengeht, verbunden. Durch Ändern der Phase der Schwingungen des elektromagnetischen Felds in dem Querschnittsprofil des Strahls und anschließendes Auffangen eines Teils des Strahls bei dem Detektor in einer derartigen Weise, daß die verschiedenen Komponenten in dem Meßsignal kombiniert werden, kann die Wirkung der Interferenz in dem Wafer bzw. den optischen Elementen stark vermindert werden. Die Verwendung mehrerer Laserquellen, welche nahe beieinander angeordnet sind, so daß diese kombiniert werden können, um einen optischen Strahl auszubilden, würde gleichfalls ähnliche Resultate erzielen. Großflächige Emissionsquellen, welche mehrere Laserelemente umfassen, können bei diesem Ausführungsbeispiel nützlich sein.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Verwendung mehrerer kohärenter Lichtquellen dazu beitragen, die zeitliche Kohärenz des Strahls durch Einführen eines Bereichs von Wellenlängen zu vermindern. Beispielsweise weisen einige Typen von Diodenlasern keine streng bestimmte Emissionswellenlänge auf. Die natürliche Streuung der Vorrichtungskenngrößen kann zu einem breiteren effektiven Spektrum zur Beleuchtung führen. Wenn dies erwünscht ist, können Lichtvorrichtungen absichtlich geeignet ausgewählt werden, um einen größeren Bereich von Wellenlängen zu liefern. Ferner können einige Lichtquellen mit den gleichen Nennwertangaben absichtlich bei verschiedenen Temperaturen betrieben werden, um einen Bereich von Wellenlängen zu erzeugen, da die Abstrahlungswellenlänge in vielen Fällen empfindlich auf die Vorrichtungstemperatur reagiert.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel können Interferenzeffekte durch Verwenden der Kombination einer inkohärenten Lichtquelle und einer kohärenten Lichtquelle vermindert werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die inkohärente Lichtquelle bei niedrigeren Temperaturen als Kalibrierungslichtquelle verwendet werden. Bei niedrigeren Temperaturen hängen Durchlässigkeitsmessungen nicht derart von verschiedenen Parametern, wie etwa dem Brechungsindex und der Dicke des Substrats, ab. Relativ niedrigere Temperaturen können Temperaturen von weniger als etwa 700°C und speziell von weniger als etwa 500°C umfassen.
  • Bei relativ hohen Temperaturen, wie etwa mehr als etwa 500°C, und speziell mehr als etwa 700°C, kann die Kalibrierungslichtquelle eine kohärente Lichtquelle sein. Bei höheren Temperaturen können kohärente Lichtquellen bevorzugt sein, da diese mehr Energie bei einer bestimmten Wellenlänge und eine bessere Wellenlängendefinition liefern. Die gleichen oder verschiedene Detektoren können verwendet werden, um die Durchstrahlung von den Kalibrierungslichtquellen zu erfassen. Diese Durchstrahlungsmessungen können sodann verwendet werden, um die Durchstrahlung von den Kalibrierungslichtquellen zu erfassen. Bei diesem Ausführungsbeispiel können Durchstrahlungsmessungen beispielsweise bei niedrigeren Temperaturen unter Verwendung einer inkohärenten Lichtquelle vorgenommen werden. Diese Durchstrahlungsmessungen können sodann verwendet werden, um die Temperatur des Wafers bei höheren Temperaturen in Verbindung mit Durchstrahlungsmessungen, welche unter Verwendung der kohärenten Lichtquelle vorgenommen werden, zu bestimmen.
  • Gleichgültig, ob eine kohärente oder eine inkohärente Lichtquelle verwendet wird, ist es für die meisten Anwendungen wünschenswert, daß die Energieversorgung für die Lichtquelle geeignet aufgebaut ist, um eine stabile und wiederholbare Intensität zu liefern. Obgleich die Technik der vorliegenden Erfindung selbstkalibrierend in dem Sinn ist, daß die Durchlässigkeitsmessungen, wenn der Wafer heiß ist, relativ zu einem Durchstrahlungswert vorgenommen werden, welcher erhalten wird, wenn sich der Wafer auf einer Temperatur befindet, bei welcher dessen Durchlässigkeit bekannt ist, besteht weiterhin die Möglichkeit einer Änderungstendenz der Lichtquellenintensität, während der Wafer gemäß der Kalibrationsvorschrift erwärmt wird. Diese Änderung kann dadurch vermindert werden, daß gewährleistet wird, daß die Energieversorgung für die Lichtquelle stabil ist. Optional kann ein optischer Detektor verwendet werden, um einen Teil des Lichts zu messen, welches von der Kalibrierungslichtquelle abgestrahlt wird, und daher ein Signal zum Überwachen der Lichtquelle oder zum geeigneten Regeln der Intensität davon, so daß diese während der Messungen stabil und wiederholbar ist, zu erzeugen.
  • Kalibrationswellenlänge
  • Die Arbeitswellenlänge für die Durchlässigkeitsmessung sollte im Hinblick darauf ausgewählt werden, eine gute Temperaturempfindlichkeit zu liefern. Generell sollte der Wafer ausreichend transparent sein, um eine genaue Messung der durchgelassenen Infrarotsignalintensität zu ermöglichen. In den meisten Situationen erfordert dies, daß die Durchlässigkeit bei der Prüfwellenlänge größer als 10–6 ist.
  • Die Waferdurchlässigkeit sollte gleichfalls empfindlich auf die Wafertemperatur reagieren. Beispielsweise ist es wünschenswert, daß sich die Waferdurchlässigkeit nahe bei der bestimmten Kalibrationstemperatur bei einer Änderung um 1°C um mehr als 0,5% von deren Wert ändert. Idealerweise ändert sich die Durchlässigkeit bei einer Temperaturänderung von 1°C um mehr als etwa 5%.
  • Bei einigen Anwendungen kann es vorteilhaft sein, wenn der Kalibrationswafer bei der Pyrometerwellenlänge beinahe lichtundurchlässig ist, während dieser weiterhin eine meßbare Strahlungsmenge bei der Durchlässigkeitsprüfwellenlänge durchläßt. Dies kann wünschenswert sein, damit die Kalibration einem typischen Zustand der optischen Eigenschaften eines Wafers mit Standarddicke bei der interessierenden Kalibrationstemperatur entspricht. In der Praxis ist es ausreichend, wenn der Wafer bei der Pyrometerwellenlänge eine Durchlässigkeit von weniger als etwa 0,01 aufweist, während die Durchlässigkeit bei der Wellenlänge der Infrarotdurchlässigkeitsprüfung größer als etwa 10–6 ist. Diese Bedingung kann häufig erfüllt werden, da der Absorptionskoeffizient von Silizium typischerweise einen minimalen Wert im nahen Infrarotbereich aufweist, so daß die Durchlässigkeitsmessung in diesem Wellenlängenbereich unter Bedingungen, wobei der Wafer bei anderen Wellenlängen lichtundurchlässig ist, durchgeführt werden kann. Dieses Konzept kann speziell für eine Kalibration bei Temperaturen über 800°C nützlich sein, wobei Wafer mit Standarddicke bei optischen und infraroten Wellenlängen gewöhnlich stark lichtundurchlässig sind.
  • Bei anderen Anwendungen kann es wünschenswert sein, die Wellenlänge der Messung mit einer höheren Genauigkeit als der des Nennwerts, welcher für eine Emissionsquelle oder einen optischen Filter angegeben ist, zu kennen. In diesem Fall kann das Spektrum der Emissionsquelle bzw. die Durchlässigkeit des optischen Filters gemessen werden, so daß die genaue Messungswellenlänge bestimmt wird. Dieser Wert kann sodann verwendet werden, um die Genauigkeit bzw. Wiederholbarkeit von Messungen zu verbessern. Beispielsweise kann es, wenn das Meßsystem in mehreren Behandlungssystemen verwendet wird, wichtig sein, eine Korrektur für die Wirkung von Änderungen der Messungswellenlängen zwischen den Systemen vorzunehmen, um die einheitlichsten Kalibrationen bei verschiedenen Systemen zu erzielen. Eine Weise, dies zu verwirklichen, ist es, einen Algorithmus zu verwenden, welcher die Wellenlängeneingabe und Wellenlängenänderungen berücksichtigt, wenn ein durchgelassenes Lichtsignal in eine abgeleitete Temperatur umgewandelt wird.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel kann, wie oben erwähnt, das System der vorliegenden Erfindung derart konfiguriert werden, daß Temperaturmessungen in einem Bereich von Wellenlängen anstatt bei einer einzelnen Wellenlänge durchgeführt werden. Das Messen der Temperatur bei verschiedenen Wellenlängen kann verschiedene Vorteile bieten. Beispielsweise ermöglicht eine Messung eines Durchstrahlungsspektrums, daß die Wafertemperatur bestimmt wird, ohne den Normierungsschritt des Messens der durchgelassenen Intensität bei einer Temperatur, bei welcher die Waferdurchlässigkeit bekannt ist, durchführen zu müssen, wie etwa, wenn der Wafer kühl ist. Es ist möglich, die Temperatur zu bestimmen, da die Form des Absorptionsspektrums bestimmt und verwendet werden kann, um die Wafertemperatur zu bestimmen. In dieser Weise ist es nicht notwendig, eine Temperaturmessung vorzunehmen, wenn die Durchlässigkeit keine stark temperaturabhängige Funktion ist.
  • Genauer kann durch Messen der Durchlässigkeit für mindestens zwei Wellenlängen eine relative Durchlässigkeit bei diesen Wellenlängen definiert werden. Das breitere Spektrum (das bedeutet, mit mehreren Wellenlängen) kann aufgenommen und an ein Modell angepaßt werden, wobei die Temperatur als Parameter für die Anpassung verwendet wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel können Vorteile und eine höhere Flexibilität gegenüber Schwankungen der Waferdicke oder unerwartete Änderungen anderer Parameter, wie etwa Beschichtungen etc., vorliegen.
  • Diese Umstände können ferner nützlich sein, wenn versucht wird, ein Pyrometer für einen Betrieb bei sehr niedriger Temperatur, wie etwa weniger als 200°C, zu kalibrieren. Unter diesen Umständen muß sich die Normierungstemperatur typischerweise sehr nahe bei der Raumtemperatur befinden, um zu verhindern, daß die Durchlässigkeit empfindlich auf den genauen Wert der Normierungstemperatur reagiert. Dies ist insbesondere bei Anwendungen nützlich, bei welchen die Wärmebehandlungsumgebung bereits warm ist, wenn der Wafer hinzugefügt wird, so daß es sehr erschwert wird, eine Temperaturmessung unterhalb von etwa 30°C vorzunehmen.
  • Spektralmessungen, welche in einem Bereich von Wellenlängen vorgenommen werden, neigen ferner dazu, die Temperaturmessung weniger empfindlich gegenüber einer Änderungstendenz der Lichtquellenintensität oder der Detektorkenngrößen, optischer Störstrahlung und Rauschen zu machen. Spektralmessungen können unter Verwendung einer inkohärenten Lichtquelle vorgenommen werden, welche Licht bei verschiedenen Wellenlängen abstrahlt, oder können durch Verwenden mehrerer Lichtquellen erfolgen, wie etwa mehreren inkohärenten Quellen oder mehreren kohärenten Quellen. Die Messung kann zur gleichen Zeit oder zu verschiedenen Zeiten, etwa nacheinander, bei verschiedenen Quellen vorgenommen werden.
  • Wie in 1 dargestellt, ist die Kalibrierungslichtquelle 23 direkt über dem Lichtdetektor 42 angeordnet. Das Licht, welches von der Kalibrierungslichtquelle 23 abgestrahlt wird, kann geeignet abgestimmt werden, um direkt auf den Wafer zu fallen, oder dieses kann alternativ mit einem nicht lotrechten Einfallswinkel auf den Wafer fallen. Bei einigen Anwendungen kann es wünschenswert sein, daß das Licht in einem Winkel auf den Wafer trifft, um die Reflexion an der Waferoberfläche zu vermindern. Beispielsweise geht, wenn sich das Licht in der P-Polarisationsebene befindet und mit einem Winkel nahe dem kritischen Winkel einfällt, das Reflexionsvermögen der Oberfläche gegen null. Durch Vermindern des Reflexionsvermögens wird nicht nur ein stärkeres Signal durch den Wafer durchgelassen, sondern werden auch Interferenzeffekte in dem Wafer vermindert. Bei einem Ausführungsbeispiel kann es wünschenswert sein, polarisiertes Licht mit einem nicht lotrechten Einfallswinkel zu verwenden.
  • Vermindern der Wirkungen von Streustrahlung
  • Wie oben beschrieben, sollten, um die Genauigkeit zu verbessern, die Messung und das System der vorliegenden Erfindung in der Lage sein, zwischen dem durchgelassenen Lichtsignal und Signalen, welche durch Streustrahlungsquellen entstehen können, zu unterscheiden. Bei dem Ausführungsbeispiel, welches in 1 dargestellt ist, wird der Wafer 14 lediglich von einer Seite her erwärmt. In diesem Fall wirkt der Wafer selbst als Abschirmung, um die Möglichkeit zu vermindern, daß Streulicht den Lichtdetektor 42 erreicht, da der Detektor auf einer Seite des Wafers angeordnet ist, welche sich gegenüber von den Lichtquellen 24 befindet. Es stehen jedoch auch verschiedene andere Weisen zur Verfügung, um Streulicht und Interferenz zu vermindern, insbesondere zur Verwendung in Systemen, welche Lichtquellen auf beiden Seiten des Wafers enthalten.
  • Generell sollte die Kalibrierungslichtquelle 23 für die meisten Anwendungen derart moduliert werden, daß das Lichtsignal, welches durch den Lichtdetektor 42 empfangen wird, ein Wechselsignal oder ein anderes ähnliches Signal ist, welches von Signalen unterschieden werden kann, welche durch Streulicht entstehen, welches von dem Wafer, den Lampen oder anderen Strahlungsquellen herrührt. Das durchgelassene Lichtsignal kann aus dem erfaßten Signal extrahiert werden, um Streulicht durch eine Vielfalt von Techniken zu eliminieren, wobei dies beispielsweise Spektralfilterung, Signalmittelung und phasenempfindliche Erfassung mit einem Lock-in-Verstärker umfaßt. Die obigen Ansätze können ein sehr schwaches Wechselsignal selbst in Fällen extrahieren, in welchen die Signale mit starken Rauschanteilen vermischt sind.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel kann die optische Beleuchtungseinrichtung ferner geeignet abgestimmt werden, um die Menge des durchgelassenen Lichts zu maximieren, welche den Lichtdetektor 42 erreicht. Beispielsweise kann, wie in 5 dargestellt, der Strahl des Lichts, welches durch die Kalibrierungslichtquelle 23 abgestrahlt wird, kollimiert werden. Ein anderer Ansatz ist mit dem Verwenden einer Lichtquelle verbinden, welche eine Fadentemperatur aufweist, welche wesentlich wärmer als der Wafer ist, etwa durch Verwenden eines Wolframfadens, so daß die Lichtquelle bei der überwachten Wellenlänge wesentlich heller als der Wafer ist. Ferner können kohärente Lichtquellen für diesen Zweck verwendet werden. Die Verwendung von Laserquellen kann ferner die Leitung wesentlich höherer optischer Energien durch den Wafer und in den Lichtdetektor 42 ermöglichen.
  • Außer der Verwendung einer optischen Beleuchtungseinrichtung zum Verstärken der Durchstrahlung können optische Erfassungseinrichtungen ferner geeignet abgestimmt werden, um Streulicht zu minimieren. Beispielsweise können optische Erfassungseinrichtungen verwendet werden, welche lediglich den Bereich des Wafers beobachten, welcher beleuchtet wird. Die optischen Erfassungseinrichtungen können Winkelaufnahmekennwerte aufweisen, welche eine Aufnahme von Licht begünstigen, welches von der Lichtquelle anstatt von dem Wafer ausgeht. Beispielsweise neigt die Schwarzkörperstrahlung, welche durch den Wafer abgestrahlt wird, dazu, in sämtlichen Richtungen von den Waferoberflächen auszugehen. Durch geeignetes Einschränken der Winkelaufnahmekennwerte optischer Erfassungseinrichtungen, so daß diese dazu neigen, Licht aufzunehmen, welches in der Richtung läuft, welche durch die optische Lichtquelleneinrichtung definiert ist, kann das Verhältnis von emittierter Strahlung zu durchgelassenem Licht verkleinert werden. Ähnliche Überlegungen können auf die Strahlung des Streulichts von den Heizlampen 24 angewandt werden. Die Heizlampen 24 können eine Strahlung erzeugen, welche durch den Wafer durchgelassen oder an der Rückseite des Wafers reflektiert wird, abhängig davon, wo die Lampen angeordnet sind. Wenn das System optische Erfassungseinrichtungen umfaßt, welche keine direkten Lichtwege von den Lampen durch den Wafer oder Lichtwege, welche der Bedingung für eine Spiegelungsreflexion von Licht an dem Wafer entsprechen, aufnehmen, so kann das Streulicht von den Lampen stark vermindert werden.
  • Außer optischen Beleuchtungseinrichtungen und optischen Erfassungseinrichtungen kann das System der vorliegenden Erfindung ferner einen optischen Filter umfassen, welcher Strahlung außerhalb eines Wellenlängenbereichs um die Wellenlänge, welche für die Durchlässigkeitsmessung verwendet wird, abschirmt. Beispielsweise kann dieser Wellenlängenbereich durch einen Interferenzfilter definiert werden.
  • Insbesondere dann, wenn eine inkohärente Lichtquelle, wie etwa eine Wolfram-Halogenlampe, als Kalibrierungslichtquelle 23 verwendet wird, ist es wünschenswert, daß der Filter außerhalb des erwünschten Durchlaßbereichs gute Sperreigenschaften aufweist. Speziell kann die inkohärente Lichtquelle Licht abstrahlen, welches bei sämtlichen Wellenlängen moduliert ist, und infolgedessen kann der Lichtdetektor 42 ein Wechselsignal empfangen, welches durch eine Modulation bei anderen Wellenlängen als denen des Filterdurchlaßbereichs entstand. Beispielsweise sollte sich die Filterdurchlässigkeit bei den meisten Anwendungen außerhalb des Durchlaßbereichs unter etwa 10–3 befinden, und wenn Messungen durchgeführt werden, welche Wellenlängen verwenden, welche kleiner als etwa 1,4 Mikrometer sind, weist der Filter wünschenswerterweise die obigen Sperreigenschaften auf, insbesondere auf der langwelligen Seite des Durchlaßbereichs, da die Siliziumdurchlässigkeit bei größeren Wellenlängen höher ist.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Filterabschirmung weniger als etwa 10–6 betragen. Dieser Abschirmungstyp kann dadurch erreicht werden, daß zwei Interferenzfilter in einer derartigen Weise kombiniert werden, daß deren kombinierte Abschirmung den erwünschten Wert erreicht. In einigen Fällen kann es praktisch sein, einen der Filter vor die Abstrahlung der Lampenquelle zu stellen, um den Wellenlängenbereich einzuschränken, welcher von der Lampe abgestrahlt wird.
  • Wenn die Kalibrierungslichtquelle 23 jedoch eine kohärente Lichtquelle ist, wie etwa ein Laser, werden keine Filter benötigt, da der Bereich der modulierten Wellenlängen natürlicherweise schmal ist. Dennoch kann bei einem Ausführungsbeispiel ein Filter verwendet werden, um die Menge der Streustrahlung von dem Wafer und den Heizlampen zu vermindern.
  • Selbst wenn eine inkohärente Lichtquelle verwendet wird, kann ein Filter unerwünscht sein. Alternativ kann ein Mehrbereichsfilter verwendet werden. Das Arbeiten ohne Schmalbereichsfilter bzw. mit einem Mehrbereichsfilter kann unter manchen Umständen verschiedene Vorteile bieten. Beispielsweise kann, wenn ohne Filter gearbeitet wird, ein Detektor verwendet werden, um Strahlung von verschiedenen Lichtquellen, welche Strahlung bei verschiedenen Wellenlängen abstrahlen, ohne Notwendigkeit zum Wechseln von Filtern zu erfassen.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die Kalibrierungslichtquelle 23 polarisiertes Licht abstrahlen. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann das System optische Erfassungseinrichtungen umfassen, welche eine bestimmte Polarisation auswählen, um Streulicht zu eliminieren. Um polarisiertes Licht zu erzeugen, kann die Kalibrierungslichtquelle 23 ein Laser sein, welcher natürlicherweise polarisiert ist. Alternativ kann die Kalibrierungslichtquelle 23 einen Polarisator umfassen.
  • Kalibrationswafer
  • Der Kalibrationswafer, welcher in dem System der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird derart ausgewählt, daß die Lichtdurchlässigkeit durch den Wafer bei der Wellenlänge, welche durch den Lichtdetektor 42 beobachtet wird, eine Funktion der Temperatur ist. Der Wafer kann zum Zweck einer Kalibration in beliebig vielen Weisen optimiert werden, wobei dies das Ändern der Dicke, das Dotieren des Wafers, das Auftragen von Oberflächenbeschichtungen auf den Wafer und das Abwandeln der Oberflächenfeinstruktur umfaßt.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Kalibrationswafer ein einfacher Siliziumwafer sein. Der Wafer kann ein geringfügig dotierter Siliziumwafer mit einem spezifischen Widerstand von mehr als etwa 0,5 Ωcm sein. Bei diesem Ausführungsbeispiel können Wafer mit einer Standarddicke verwendet werden. Gegenwärtig betragen Standard-Waferdicken 725 Mikrometer für einen 200mm-Wafer und 775 Mikrometer für einen 300mm-Wafer. Für die meisten Anwendungen wird der Wafer auf beiden Seiten poliert, um die Wiederholbarkeit der Kalibrationsnorm zu verbessern.
  • Die Berechnung der Temperatur des Kalibrationswafers hängt von der Wellenlänge des Lichts, welches durch den Wafer durchgelassen wird, und der Dicke des Wafers ab. Im Hinblick darauf sollte die Dicke des Wafers mit einiger Genauigkeit bekannt sein. Bei einem Ausführungsbeispiel kann es wünschenswert sein, eine Korrektur für Änderungen der Waferdicken vorzunehmen, welche bei Temperaturmessungen verwendet werden. Beispielsweise kann die Waferdicke gemessen werden, und diese Daten können in den Algorithmus eingegeben werden, welcher verwendet wird, um die Wafertemperatur zu bestimmen. Alternativ kann das System der vorliegenden Erfindung mit einem Instrument versehen werden, welches die Waferdicke mißt und diese Information zur Verwendung bei Temperaturmessungen automatisch beispielsweise zu der Steuerung 50 übermittelt. Das Waferdickeninstrument kann die Dicke des Wafers in der Wärmebehandlungskammer messen oder kann die Dicke des Wafers vor dem Einlegen des Wafers in die Kammer messen. Ein derartiges Instrument ist jedoch nicht notwendig, wenn der Kalibrationswafer derart hergestellt wird, daß Änderungen der Dicke vernachlässigbar sind.
  • Um die Reflexion von Licht, welches von der Kalibrierungslichtquelle 23 abgestrahlt wird, an dem Wafer zu unterdrücken, kann der Kalibrationswafer 14 bei einem Ausführungsbeispiel mit einer reflexionsdämpfenden Beschichtung beschichtet werden. Das Beschichten des Wafers mit einer reflexionsdämpfenden Beschichtung vermindert nicht nur die Menge des Lichts, welches an dem Wafer reflektiert wird, sondern vermindert auch die Wirkung der Interferenz, welche in dem Wafer erfolgt.
  • In den 6 und 7 sind zwei Ausführungsbeispiele eines Kalibrationswafers 14, welcher reflexionsdämpfende Beschichtungen enthält, dargestellt. In 6 ist eine einzige reflexionsdämpfende Beschichtung 70 auf der oberen Oberfläche des Kalibrationswafers 14 vorhanden. In 7 ist demgegenüber eine reflexionsdämpfende Beschichtung 70 auf der oberen Oberfläche des Wafers 14 angeordnet, während eine zweite reflexionsdämpfende Beschichtung 72 auf der Unterseite des Wafers angeordnet ist.
  • Wenn reflexionsdämpfende Beschichtungen auf den Wafer aufgetragen werden, kann die Reflexion von Licht bei der interessierenden Infrarotwellenlänge erheblich vermindert werden, und Interferenzeffekte werden unterdrückt. Die reflexionsdämpfende Beschichtung (bzw. Beschichtungen) bietet ferner einen Vorteil im Hinblick darauf, daß diese die Menge des Lichts, welches durch den Wafer durchgelassen wird, vergrößert, wobei dies die Genauigkeit der Durchlässigkeitsmessungen verbessert.
  • Reflexionsdämpfende Beschichtungen können jedoch das Abstrahlungsvermögen des Wafers bei der Pyrometerwellenlänge des Pyrometers, welches kalibriert wird, beeinflussen. Bei Kalibrationen, welche bei hohen Temperaturen durchgeführt werden, bei welchen der Wafer bei der Pyrometerwellenlänge gewöhnlich lichtundurchlässig ist, kann es wünschenswert sein, lediglich eine Oberfläche des Wafers zu beschichten, wie in 6 dargestellt. Speziell kann die Oberfläche des Wafers, welche dem Pyrometer zugewandt ist, unbeschichtet bleiben, so daß die erwünschte Wirkung erzielt wird, ohne das Abstrahlungsvermögen bei der Pyrometerwellenlänge zu beeinflussen.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäß Darstellung in 8 kann der Kalibrationswafer 14 nicht nur eine reflexionsdämpfende Beschichtung 70, sondern auch eine Beschichtung 74, welche ein bestimmtes Abstrahlungsvermögen aufweist, umfassen. Insbesondere wird die Temperaturmeßvorrichtung, welche in der Wärmebehandlungskammer enthalten ist, in vielen Situationen mit einer Gruppe von Wafern kalibriert, welche bei der Pyrometerwellenlänge unterschiedliche spektrale Abstrahlungswerte aufweisen. Wafer mit verschiedenen Abstrahlungswerten werden verwendet, um eine Korrektur für Abstrahlungswirkungen bei der Pyrometrie vorzunehmen und die Temperaturmessungen unabhängig von dem spektralen Abstrahlungsvermögen des Wafers zu machen. Infolgedessen können bei einigen Ausführungsbeispielen verschiedene Kalibrationswafer, welche spezielle Abstrahlungswerte aufweisen, gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
  • Generell kann jede geeignete reflexionsdämpfende Beschichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Derartige Beschichtungen können beispielsweise aus Siliziumdioxid, Siliziumnitrid oder einer Kombination von beidem hergestellt werden. Derartige Materialien können ferner verwendet werden, um Beschichtungen auszubilden, welche ein bestimmtes Abstrahlungsvermögen aufweisen. Siliziumfilme können gleichfalls zu diesem Zweck verwendet werden. Siliziumfilme weisen einen großen Brechungsindex auf, welcher bei manchen Anwendungen nützlich sein kann. Die Beschichtungen 70 bzw. 74 gemäß Darstellung in 8 können ferner aus einem dielektrischen Film hergestellt werden. Der dielektrische Film kann ein mehrlagiger Film sein, welcher speziell darauf abgestimmt ist, bei der erwünschten Wellenlänge das geeignete Reflexionsvermögen und/oder Abstrahlungsvermögen aufzuweisen. Derartige Filme sind in der Technik bekannt und kommerziell erhältlich.
  • Wenn vorhanden, kann die Beschichtung 70 bzw. 74 die Durchstrahlung des Infrarotlichts, welches durch die Kalibrierungslichtquelle 23 abgestrahlt wird, beeinflussen. Diese Änderungen können durch Berechnungen oder Messungen berücksichtigt und in den Algorithmus aufgenommen werden, welcher verwendet wird, um die Temperatur des Kalibrationswafers zu berechnen. Ferner ist es möglich, verschiedene Beschichtungsgestaltungen auszubilden, welche bei den Infrarotdurchstrahlungswellenlängen als reflexionsdämpfende Beschichtungen wirken und bei der Pyrometerwellenlänge als reflektierende bzw. reflexionsdämpfende Beschichtungen wirken.
  • Außer dem möglichen Verbessern der Genauigkeit von Temperaturmessungen, welche gemäß der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden, kann die Verwendung von reflexionsdämpfenden Beschichtungen und anderen Beschichtungstypen weitere Vorteile bieten. Beispielsweise ist es durch Wählen der optischen Eigenschaften der Beschichtungen auf dem Kalibrationswafer möglich, verschiedene Aspekte der Arbeitsweise des Temperaturmeßsystems zu prüfen und eine Diagnose der Natur des Problems zu liefern. Beispielsweise kann ein Test, welcher prüft, ob die optischen und elektrischen Pyrometereinrichtungen einwandfrei arbeiten, eine Waferrückseitenbeschichtung verwenden, welche bei den Pyrometerwellenlängen „schwarz“ ist, so daß das Signal bei dem Pyrometer nicht durch andere Aspekte der optischen Systemeinrichtungen beeinflußt wird, etwa durch Einflüsse, welche durch mehrfache Reflexionen zwischen dem Wafer und den Kammerwänden entstehen. Dies ist insbesondere nützlich, wenn das System eine Reflexionsverstärkung des Waferabstrahlungsvermögens verwendet, um zur Unabhängigkeit von dem Abstrahlungsvermögen beizutragen. In diesen Systemen spielt das Reflexionsvermögen des Hilfsreflektors, welcher zur Verstärkung des Abstrahlungsvermögens verwendet wird, eine Schlüsselrolle für die Arbeitsweise des Systems. Ein Test, welcher enthüllen kann, ob sich das Reflexionsvermögen der reflektierenden Platte verschlechtert hat, verwendet eine Beschichtung, welche bei der Pyrometerwellenlänge stark reflektierend ist, so daß mehrfache Reflexionen an der reflektierenden Platte auftreten. Diese Art eines Wafers kann ferner zum Prüfen, ob Korrektursysteme für das Abstrahlungsvermögen in jeder Art eines Systems funktionieren, nützlich sein. Diese Testtypen können verschiedene Problemtypen unterscheiden, ohne zu erfordern, daß die Kammer zur Begutachtung geöffnet wird.
  • Beschichtungen, wie oben beschrieben, können ferner dazu beitragen, den Effekt fortschreitender wärmebedingter Verschlechterung der optischen Eigenschaften des Wafers aufgrund von Oxidation und Oberflächenaufrauhung zu vermindern. Infolgedessen können mehrere Wärmezyklen ohne Verschlechterung auf den Kalibrationswafer angewandt werden. Beispielsweise kann eine dünne Oxidschicht, wie etwa mit einer Dicke von weiniger als 30 Nanometer, die Siliziumoberfläche vor einer Heißätzung schützen, welche von einer aktiven Oxidation durch niedrige Konzentrationen von Sauerstoff und Wasserdampf in dem Umgebungsgas herrührt. Ein dünner Nitridfilm kann einem ähnlichen Zweck dienen. Die Filme können als obere Schichten in den Beschichtungsreihen, welche für reflexionsdämpfende Beschichtungen oder zum Ändern des spektralen Abstrahlungsvermögens, wie oben beschrieben, aufgenommen werden. Ferner kann durch Wählen von Oxidfilmen, welche weniger als etwa 30 Nanometer dick sind, der Einfluß des Films auf das Abstrahlungsvermögen des Wafers minimiert werden.
  • Ferner sei bemerkt, daß außer dem Verwenden von Siliziumwafern als Kalibrationswafer auch verschiedene andere Typen von Wafern verwendet werden können. Generell kann der Kalibrationswafer aus einem beliebigen geeigneten Material hergestellt werden, welches eine temperaturabhängige Durchlässigkeit oder ein temperaturabhängiges Reflexionsspektrum aufweist. Beispielsweise kann der Kalibrationswafer auch aus Germanium, Siliziumkarbid, Galliumarsenid, Aluminiumarsenid, Indiumphosphid, Galliumphosphid, Galliumnitrid und Legierungen davon hergestellt werden. Tatsächlich können einige der obigen Materialien nützlich sein, um den Temperaturbereich für eine Durchstrahlung zu erweitern.
  • Im Hinblick auf eine Verwendung von Silizium für den Kalibrationswafer ist es bekannt, daß Silizium bei Temperaturen von weniger als etwa 850°C für Wafer mit Standarddicke gute Temperatur-Durchlässigkeits-Eigenschaften aufweist. Wie oben beschrieben, beginnt Silizium bei Temperaturen über 850°C jedoch, mehr Lichtenergie zu absorbieren, wodurch Temperaturmessungen erschwert werden. Bei einem Ausführungsbeispiel können dünnere Wafer verwendet werden, um Temperaturmessungen gemäß der vorliegenden Erfindung auf höhere Temperaturen zu erweitern. Beispielsweise beträgt die vorhergesagte innere Durchlässigkeit bei einer Wellenlänge von 1,5 Mikrometer für einen 250-Mikrometer-Wafer bei 950°C 0,012, wobei dies über 300 000 mal größer als die Durchlässigkeit für einen Wafer mit einer herkömmlichen Dicke von 725 Mikrometer ist. Durch Verwenden sehr dünner Wafer kann die Infrarotdurchlässigkeit auf höhere Temperaturen erweitert werden. Ferner beeinflußt das Verwenden dünner Wafer Temperaturmessungen, welche durch das Pyrometer vorgenommen werden, nicht, solange der Wafer für Strahlung bei der Wellenlänge des Pyrometers lichtundurchlässig bleibt.
  • Es können jedoch verschiedene praktische Probleme entstehen, wenn relativ dünne Wafer verwendet werden. Beispielsweise können sich die Wafer bei hohen Temperaturen unter ihrem Eigengewicht durchbiegen und sogar bleibend verformt werden. Die 9 bis 18 sind Beispiele verschiedener Ausführungsbeispiele von Kalibrationswafern, welche dünne Bereiche aufweisen, bei welchen diese Problemtypen minimiert werden können.
  • Beispielsweise ist in 9 ein Kalibrationswafer 14 dargestellt, welcher einen dünnen Bereich für Durchstrahlungsmessungen aufweist. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfaßt der Wafer 14 ein Loch bzw. einen Durchgang 80 an einem Ort, welcher sich in dem Sichtfeld bzw. nahe bei dem Sichtfeld des Lichtdetektors 42 und der Temperaturmeßvorrichtung bzw. des Pyrometers 27 befindet, welche bzw. welches kalibriert werden soll. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Siliziumelement 82, welches die erwünschte Dicke aufweist, an der Oberseite des Lochs 80 angeordnet. Die Dicke des Siliziumelements 82 kann beispielsweise weniger als etwa 300 Mikrometer, speziell weniger als etwa 200 Mikrometer und noch spezieller weniger als etwa 150 Mikrometer betragen. Durch Anordnen des Siliziumelements 82 über dem Loch 80, welches in dem Wafer 14 ausgebildet ist, kann ein Kalibrationswafer zur Verwendung in Wärmebehandlungskammern, welcher relativ fest ist, jedoch einen dünnen Abschnitt zur Verwendung beim Vornehmen von Messungen aufweist, gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden.
  • Das Siliziumelement 82 kann in Position über dem Loch 80 angeordnet und unter Verwendung verschiedener Verfahren an dem Wafer befestigt werden. Beispielsweise kann das Siliziumelement 82 bei einem Ausführungsbeispiel durch ein Haftverbindungsverfahren in Position angebracht werden. Es kann ein beliebiges Haftverbindungsverfahren verwendet werden, wie etwa anodisches oder thermisches Verbinden.
  • Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann eine Haltekappe über dem Wafer angeordnet werden, um das Siliziumelement in Position zu halten. Das Halteglied kann aus Silizium, Siliziumkarbid, Siliziumdioxid (Quarz) oder Saphir hergestellt sein. Wenn die Haltekappe nicht transparent ist, kann es bei einigen Anwendungen notwendig sein, ein Loch bzw. einen Durchgang durch die Haltekappe anzubringen, welches bzw. welcher in Ausrichtung mit dem Siliziumelement angeordnet ist, um genaue Durchlässigkeitsmessungen vorzunehmen. Wird jedoch ein transparentes Material verwendet, wie etwa Quarz oder Saphir, so wird eine derartige Öffnung nicht benötigt.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Siliziumelement 82 verschiedene Dicken aufweisen, um verschiedene Temperaturbereiche abzudecken. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann durch den veränderlichen Dickebereich ermöglicht werden, daß das System weniger Infrarotdurchstrahlungswellenlängen verwendet, um in einem breiteren Temperaturbereich zu kalibrieren. Ferner kann, wenn mehrere Pyrometer kalibriert werden sollen, der Kalibrationswafer 14 viele verschiedene Löcher bei den vielen verschiedenen Orten umfassen, wie in 13 dargestellt. Alternativ kann eine Gruppe verschiedener Kalibrationswafer verwendet werden, welche jeweils ein einziges oder einige Löcher bei ausgewählten Orten enthalten.
  • Wie in 10 dargestellt, kann der Kalibrationswafer 14 bei einem Ausführungsbeispiel eine Vertiefung 84 umfassen, welche einen Absatz zur Anordnung des dünnen Elements 82 enthält. Bei diesem Ausführungsbeispiel bleibt das dünne Element 82 während der Behandlung in Ausrichtung angeordnet und ist einfacher auf der Oberseite des Wafers anzuordnen.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann, anstatt ein Loch in dem Kalibrationswafer 14 auszubilden und das Loch sodann mit einem dünnen Element zu bedecken, ein dünner Bereich in dem Wafer durch Ausbilden einer Vertiefung 86 in dem Wafer ausgebildet werden, wie in den 11 und 12 dargestellt. Wie dargestellt, wird durch die Vertiefung 86 ein dünner Abschnitt 88 in dem Wafer 14 ausgebildet. Die Vertiefungen 86 können durch eine beliebige geeignete Verfahrensweise ausgebildet werden, wie etwa durch maschinelle Bearbeitung oder durch Ätzen. Wie in 14 dargestellt, weist die Vertiefung 86 bei einem Ausführungsbeispiel eine abgestufte Dicke auf, welche eine kegelstumpfförmige Gestalt bildet. Ferner können die Ecken auch gekrümmt sein. Die abgestufte Dicke und die gekrümmten Ecken vermindern Temperaturgefälle an den Kanten des dünnen Abschnitts, wodurch die Möglichkeit einer mechanischen Störung vermindert wird und Spannungen vermindert werden.
  • Wenn der Kalibrationswafer dünne Abschnitte umfaßt, besteht die Möglichkeit, daß sich beim Erwärmen Temperaturgefälle in dem Wafer entwickeln. Um die Wirkung von Unterschieden der Wärmestrahlungseigenschaften zwischen dem dünnen Abschnitt und dem Rest des Wafers zu vermindern, kann der Wafer eine Beschichtung umfassen. Die Beschichtung kann beispielsweise eine einzige Schicht oder eine mehrlagige Beschichtung sein. Die Beschichtung kann aus Materialien wie Siliziumdioxid, Silizium, Polysilizium und/oder Siliziumnitrid hergestellt sein. Die Beschichtung kann darauf abgestimmt sein, das Abstrahlungsvermögen und das Absorptionsvermögen der dünnen und dicken Abschnitte besser anzupassen. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Beschichtung aus einer der oben beschriebenen reflexionsdämpfenden Beschichtungen hergestellt sein.
  • Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann der Kalibrationswafer ein Füllelement umfassen, welches neben dem dünnen Abschnitt angeordnet ist, um die thermisch wirksamen Massenunterschiede zu vermindern. Das Füllelement kann beispielsweise aus Quarz oder Aluminiumoxid, wie etwa Saphir, hergestellt sein.
  • Weitere Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäß hergestellten Kalibrationswafers 14 sind in den 16, 17 und 18 dargestellt. Bei diesen Ausführungsbeispielen umfaßt der Kalibrationswafer 14 einen Lichtdurchstrahlungsbereich 90 welcher durch eine Vielzahl von Kanälen 92 definiert ist. Somit umfassen die Durchstrahlungsbereiche 90 dünne Bereiche und dicke Bereiche gemischt, wobei die dicken Bereiche die gleiche Dicke wie der Wafer selbst aufweisen. Die Kanäle 92 können lediglich durch einen Abschnitt der Dicke des Wafers verlaufen, wie in 16 dargestellt, oder können durch die gesamte Dicke des Wafers verlaufen, wie in den 17 und 18 dargestellt. In den 17 und 18 sind die dicken Bereiche 94 an einem dünnen Element 82 angebracht. Ferner ist in 18 das dünne Element 82 in einer Vertiefung 84 angeordnet, welche in dem Wafer 14 ausgebildet ist. Bei den Ausführungsbeispielen, welche in den 17 und 18 dargestellt sind, kann das dünne Element 82 beispielsweise durch ein Haftverbindungsverfahren an dem Wafer 14 angebracht werden.
  • Bei den Ausführungsbeispielen, welche in den 16, 17 und 18 dargestellt sind, ist, wenn der Kalibrationswafer auf relativ hohe Temperaturen erwärmt wird, die Lichtdurchlässigkeit hauptsächlich durch die Kanäle 92 bestimmt. Daher stört die Anwesenheit der dicken Elemente 94 die Temperaturmessungen nicht. Dieses Ausführungsbeispiel des Kalibrationswafers bietet mehrere Vorteile. Beispielsweise können dadurch, daß die dünnen Bereiche schmal und mit den dicken Bereichen gemischt gehalten werden, Probleme von Temperaturgefällen in Seitenrichtung und thermischen Spannungen vermindert werden. Ferner kann es einfacher sein, ein Pyrometer, eine Kalibrierungslichtquelle oder einen Lichtdetektor in Ausrichtung mit dem Durchstrahlungsbereich 90 anzuordnen.
  • Wenn die Ausführungsbeispiele, welche in den 16 bis 18 dargestellt sind, aufgenommen werden, kann es bei einigen Anwendungen wünschenswert sein, das Verhältnis zwischen den dicken Bereichen und den dünnen Bereichen zu kennen, um bei Messungen eine Korrektur für die Anwesenheit der dicken Bereiche vorzunehmen. Dieses Verhältnis kann in einer beliebigen geeigneten Weise gemessen werden. Beispielsweise kann das Verhältnis unter Verwendung physikalischer Messungen bestimmt werden, oder es kann der durchgelassene Strahlungsfluß, wenn sich der Wafer in einem Strahlenweg befindet, durch optische Messungen mit dem ohne den Wafer verglichen werden. Die zuletzt genannte Messung kann bei einer beliebigen geeigneten Wellenlänge durchgeführt werden, bei welcher der dicke Bereich effektiv lichtundurchlässig ist. Die Bereiche können ferner mit hoher Genauigkeit im voraus hergestellt werden, beispielsweise durch Ausbilden davon unter Verwendung eines optischen Lithographieverfahrens oder einer anderen ähnlichen Technik. Die Verfahren mikromaschineller Bearbeitung können verwendet werden, um geeignete Strukturen zu erzeugen. Das Bestimmen der Dicke der dünnen Bereiche kann beispielsweise durch Durchführen einer Durchlässigkeitsmessung bei einer bekannten Temperatur bei einer geeigneten Wellenlänge erreicht werden.
  • Es sei bemerkt, daß, wenn ein Durchstrahlungsbereich 90 ausgebildet wird, der Wafer mehrere Bereiche enthalten kann, wie in 14 dargestellt, oder einen einzigen Durchstrahlungsbereich enthalten kann, welcher den gesamten Wafer abdeckt, wie in 15 dargestellt.
  • Wenn der Kalibrationswafer aufgenommen wird, welcher in 17 bzw. 18 dargestellt ist, kann es günstiger sein, den Wafer derart auszurichten, daß das dünne Element 82 umgekehrt ausgerichtet wird, so daß das dünne Element dem Pyrometer, welches kalibriert wird, zugewandt ist. Diese Anordnung kann vorteilhaft sein, da das Pyrometer eine lichtundurchlässige, homogene Oberfläche anstatt einer Anordnung von Löchern erfaßt.
  • In 19 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kalibrationswafers 14 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfaßt der Kalibrationswafer 14 eine dünne Siliziumschicht 100, welche auf der Oberseite eines transparenten Substrats 102 angeordnet ist. Beispielsweise kann das transparente Substrat aus Aluminiumoxynitrid, Spinell, Kieselglas oder Saphir bestehen. Das Ergebnis ist ein fester Kalibrationswafer, welcher die Wirkungsweise eines sehr dünnen Siliziummaterials aufweist.
  • Die Siliziumschicht 100 kann in einer Anzahl verschiedener Weisen auf dem transparenten Material angebracht werden. Beispielsweise kann die Siliziumschicht durch ein Haftverbindungsverfahren an dem transparenten Material angebracht werden, oder die Siliziumschicht kann durch Abscheidung auf der Oberseite des transparenten Materials ausgebildet werden.
  • In 20 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kalibrationswafers 14 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfaßt der Kalibrationswafer 14 eine dünne Siliziumschicht 100, welche auf der Oberseite eines Siliziumsubstrats 106 angeordnet ist. Die Siliziumschicht 100 ist durch eine Isolierschicht 104 von dem Siliziumsubstrat 106 isoliert. Die Isolierschicht 104 kann aus einem Oxid, wie etwa Siliziumdioxid, hergestellt sein. Wie dargestellt, umfaßt der Kalibrationswafer 14 ferner einen Durchstrahlungsbereich 90, welcher Kanäle 92 umfaßt, welche in dem Siliziumsubstrat 106 ausgebildet sind.
  • In 21 ist ein ähnliches Ausführungsbeispiel eines Kalibrationswafers 14 wie das in 20 dargestellte dargestellt. In 21 sind die Kanäle 92 jedoch durch die Oxidschicht 104 hindurch ausgebildet.
  • Bei den Ausführungsbeispielen, welche in den 16, 17, 18, 20 und 21 dargestellt sind, wirkt ein Siliziumwafer als Träger für die Durchstrahlungsbereiche 90. Anstatt aus Silizium hergestellt zu sein, kann das Trägersubstrat jedoch auch aus anderen Materialien hergestellt sein. Beispielsweise kann das Substrat bei einem Ausführungsbeispiel aus Siliziumkarbid hergestellt sein, wobei dies Vorteile im Hinblick auf Festigkeit, hohe Wärmeleitfähigkeit, chemische Beständigkeit und mechanische Beständigkeit bietet.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann der Kalibrationswafer lichtundurchlässige Bereiche, welche aus einem im wesentlichen lichtundurchlässigen Material hergestellt sind, und durchlässige Bereiche, welche beispielsweise aus Silizium hergestellt sind, umfassen. Dieser Typ eines Kalibrationswafers kann gut zur Verwendung bei Kalibrationen bei niedriger Temperatur geeignet sein. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann das Pyrometer, welches kalibriert wird, geeignet angeordnet werden, um Wärmestrahlung zu erfassen, welche durch den Wafer in den lichtundurchlässigen Bereichen abgestrahlt wird. Die Durchlässigkeitsmessungen können jedoch in den durchlässigen Bereichen vorgenommen werden.
  • Im wesentlichen lichtundurchlässige Materialien, welche verwendet werden können, um den Wafer zu konstruieren, umfassen Silizium, welches mit einem Material wie Bor, Arsen oder Phosphor dotiert ist. Weitere Beispiele im wesentlichen lichtundurchlässiger Materialien umfassen Metallfilme, wie etwa Titanfilme, Kobaltfilme, Nickelfilme und Wolframfilme, und Filme, welche aus Metallsiliciden, wie etwa Titansilicid, Kobaltsilicid, Nickelsilicid und Wolframsilicid hergestellt sind. Ferner können einige weitere leitfähige Materialien, wie etwa Titannitrid, verwendet werden.
  • Wie oben erwähnt, kann es bei einigen Anwendungen wünschenswert sein, das Verhältnis zwischen den dicken und den dünnen Bereichen der Durchstrahlungsbereiche 90 zu kennen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist es jedoch möglich, daß diese Information nicht benötigt wird, solange die dicken Bereiche bei der niedrigen Temperatur, welche bei dem Infrarotdurchstrahlungsverfahren zum Normieren des Signals verwendet wird, lichtundurchlässig sind. Diese Anordnung beseitigt die Notwendigkeit einer getrennten Messung, da das Verfahren selbstkorrigierend ist. Die Lichtundurchlässigkeit kann durch verschiedene Verfahren gemessen werden. Beispielsweise kann die Normierung des Signals bei einem Ausführungsbeispiel bei einer Temperatur erfolgen, für welche bekannt ist, daß die dicken Abschnitte lichtundurchlässig sind, die dünnen jedoch vollständig transparent sind. Alternativ kann eine Beschichtung auf den dicken Bereichen aufgetragen werden, wobei die Beschichtung bei der gewählten Prüfwellenlänge stark absorbierend oder stark reflektierend ist. Eine weitere Technik ist es, die dicken Bereiche stark zu dotieren, beispielsweise durch Ionenimplantation.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Kalibrationswafer hauptsächlich aus einem Material hergestellt sein, welches bei der Normierungstemperatur lichtundurchlässig ist. Der Wafer kann dann eine dünne Beschichtung aus Silizium umfassen, ähnlich dem Wafer, welcher in 19 dargestellt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann der Trägerwafer aus einem beliebigen geeigneten Material hergestellt sein, welches bei der interessierenden Wellenlänge lichtundurchlässig ist, wie etwa aus einem stark dotierten Material hergestellt.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können verschiedene Kalibrationswafer, welche aus verschiedenen Materialien hergestellt sind, verwendet werden. Das Verwenden verschiedener Materialien kann es ermöglichen, mehr Messungen in einem breiteren Temperaturbereich vorzunehmen. Die anderen Materialien, welche verwendet werden können, umfassen Siliziumkarbid, Aluminiumnitrid, Galliumnitrid oder Galliumphosphid. Insbesondere kann ein Material zur Konstruktion des Kalibrationswafers verwendet werden, welches für die Infrarotdurchstrahlungswellenlänge transparent ist, bei der Pyrometerwellenlänge jedoch lichtundurchlässig ist.
  • Zu Darstellungszwecken ist unten eine Tabelle dargestellt, welche einige praktische Temperaturbereiche bei drei vorgeschlagenen Wellenlängen und drei vorgeschlagenen Waferdicken auflistet. Bei diesem Ausführungsbeispiel bedeutet die Überschrift „T niedrig“ eine praktische niedrigere Temperatur in dem Bereich für eine beliebige gegebene Kombination von Wellenlänge und Dicke, und die Überschrift „T hoch“ bedeutet die obere Temperaturgrenze für die gleiche Kombination. Die untere Temperaturgrenze wurde bei diesem Ausführungsbeispiel durch Vermindern der Temperaturempfindlichkeit festgelegt. Genauer bedeutet die untere Grenze die Temperatur, bei welcher sich das Lichtsignal nicht mehr um mindestens 0,1% von dessen Wert pro Änderung um 1°C (bezeichnet als sens(%/°C)); ändert. Demgegenüber wurde die obere Grenze bei einem Punkt festgelegt, bei welchem der Wafer sehr lichtundurchlässig wurde. Bei diesem Ausführungsbeispiel befand sich der hohe Temperaturbereich bei einem Punkt, bei welchem der Wafer Lichtenergie nicht mehr mit einem Durchlässigkeitsverhältnis von 10–8 (1 Teil von 100 000 000) durchließ. In der Tabelle ist dies durch „int trans“ gekennzeichnet. Die Wellenlängen 1310 nm und 1550 nm wurden gewählt, da diese für handelsübliche Lichtquellen günstig sind. Die Wellenlänge von 1200 nm war eine willkürliche Wahl.
    Waferdicke (Mikrometer) Wellenlänge (nm)
    1200 1310 1550
    T niedrig T hoch T niedrig T hoch T niedrig T hoch
    725 T(°C) 125 600 360 745 415 885
    int trans 0,96 9,283 × 10–09 0,943 1,08 × 10–08 0,95 1,29 × 10–08
    sens(%/°C) 0,1 14 0,1 15,6 0,1 15,9
    100 T(°C) 250 975 425 1060 560 1160
    int trans 0,93 1,192 × 10–08 0,95 1,53 × 10–08 0,93 1,37 × 10–08
    sens(%/°C) 0,1 7,9 0,1 9,1 0,1 10,8
    60 T(°C) 300 1085 460 1165 600 1250
    int trans 0,92 1,536 × 10–08 0,94 1,15 × 10–08 0,93 1,53 × 10–08
    sens(%/°C) 0,1 7 0,1 8 0,1 9,5
  • Kalibrationsverfahren
  • Im folgenden werden verschiedene Verfahren zum Ausführen des Ablaufs der vorliegenden Erfindung erörtert. Bei einem Ausführungsbeispiel wird beispielsweise ein ausgewählter Kalibrationswafer in die Wärmebehandlungskammer eingelegt. Sodann wird eine Kalibrationsvorschrift ausgeführt. Die Vorschrift bewirkt, daß der Wafer in einem vorbestimmten Zyklus zeitlicher Temperaturregelung erwärmt wird, während die erforderlichen Daten aufgenommen werden. Ein Algorithmus gemäß obiger Beschreibung interpretiert die Durchstrahlungsdaten im Hinblick auf die Wafertemperatur und berechnet Parameter, welche zur Korrektur des Pyrometersystems verwendet werden, so daß die Temperaturen, welche aus dem Pyrometersystem abgeleitet werden, zu denen passen, welche aus dem Infrarotdurchstrahlungssystem abgeleitet werden. Selbstverständlich kann das System außer für Pyrometer auch zum Kalibrieren anderer Temperaturmeßvorrichtungen verwendet werden.
  • Eine typische Vorschrift kann einen Erwärmungszyklus oder mehrere Erwärmungszyklen umfassen, wobei der Wafer auf eine gegebene Temperatur erwärmt wird, welche durch das Pyrometersystem bestimmt ist, und dort für eine feste Zeitperiode gehalten wird, während Daten aufgenommen werden, bevor dieser auf eine zweite Temperatur erwärmt wird, und so weiter. Die Vorschrift deckt den Temperaturbereich ab, für welchen kalibriert werden soll. Die Vorschrift kann einen Teil für eine Temperatur umfassen, bei welcher die Durchlässigkeit des Wafers bekannt ist und bei welcher diese keine stark temperaturabhängige Funktion ist. Dieser Teil der Vorschrift ermöglicht es, daß das Infrarotsystem das Durchstrahlungssignal aufnimmt, welches verwendet wird, um die Signale zu normieren, so daß die Wirkungen von Änderungen der optischen Einrichtungen des Infrarotdurchlässigkeitsmeßsystems eliminiert werden können.
  • Wenn eine kohärente Lichtquelle verwendet wird, kann dieser Teil der Vorschrift ferner eine langsame Temperaturerhöhung bzw. -schwankung umfassen, welche mit bedeutenden Änderungen der optischen Weglängen durch den Wafer verbunden ist. Diese Änderungen ändern die Bedingungen für optische Interferenz zwischen den Lichtstrahlen, welche an der oberen und der unteren Oberfläche des Wafers reflektiert werden und führen daher zu einem schwankenden Durchstrahlungssignal. Das Datenaufnahmesystem kann diese Durchstrahlungsdaten sammeln und sodann zeitlich mitteln, so daß die Wirkung der Schwankungen vermindert wird. Dieser Ansatz kann für Stufen der Vorschrift nützlich sein, welche unter Bedingungen durchgeführt werden, bei welchen die Waferdurchlässigkeit hoch genug ist, daß mehrfache Reflexionen in dem Wafer einen Faktor bedeuten.
  • Ein alternativer Typ einer Vorschrift ist es, Daten während einer Erwärmungs- und/oder Abkühlungsvorschrift dynamisch zu sammeln. In diesem Fall muß die Temperaturänderungsgeschwindigkeit ausreichend langsam sein, damit eine vernachlässigbare Zeitverzögerung zwischen der Ausgabe der zwei Meßsysteme besteht, und ferner, damit eine angemessene Signalmittelung erfolgt, um experimentelles Rauschen zu vermindern. Bei diesem Ausführungsbeispiel sollte, wenn ein Wafer mit dünnen Abschnitten verwendet wird, die Wärmereaktion der dünnen Abschnitte in Verhältnis zu den dicken Abschnitten ähnlich sein.
  • Es kann ferner bei einigen Anwendungen nützlich sein, eine Messung unter Verwendung des Durchstrahlungssystems durchzuführen, bevor der Kalibrationswafer in die Kammer eingelegt wird. Das Verhältnis des Signals, wenn sich der Wafer in Position befindet, verglichen zu dem ohne Wafer, liefert einen Schätzwert der Durchlässigkeit des Wafers. Die gemessene Durchlässigkeit des Wafers kann beispielsweise nützlich sein, um zu prüfen, ob der richtige Wafer eingelegt wurde, oder um die Verschlechterung des Wafers zu prüfen. Das Durchstrahlungssignalniveau, wenn kein Wafer vorhanden ist, ist gleichfalls ein nützlicher Indikator für den Zustand des optischen Systems für Durchlässigkeitsmessungen.
  • Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel gegenüber dem obigen Verfahren kann mehr als ein Kalibrationswafer verwendet werden, welche jeweils automatisch in das Behandlungssystem eingelegt werden können. Die mehreren Kalibrationswafer können verschiedenen Zwecken dienen. Beispielsweise können verschiedene Wafer mit verschiedenen Kenngrößen in die Wärmekammer eingelegt werden, um eine angemessene Funktionsweise sowohl in einem hohen Temperaturbereich als auch in einem niedrigen Temperaturbereich zu ermöglichen. Beispielsweise können Wafer mit dünnen Bereichen für höhere Temperaturen verwendet werden. Ferner können die Wafer verschiedene Beschichtungen umfassen, um zu ermöglichen, daß die notwendigen Kalibrationen für das Pyrometersystem vom Abstrahlungsvermögen unabhängige Temperaturmessungen ergeben.
  • Bei einer Anwendung des Systems der vorliegenden Erfindung kann es wünschenswert sein, das Pyrometersystem lediglich bei einer oder einigen ausgewählten Temperaturen zu kalibrieren, um rasch nachzuweisen, daß das System einwandfrei arbeitet. In diesem Fall kann der Kalibrationswafer eingelegt werden und eine sehr einfache Vorschrift durchgeführt werden, beispielsweise Erwärmen auf eine Testtemperatur und Sammeln von Pyrometer- und Infrarotdurchstrahlungsdaten. Dieser Ablauf kann routinemäßig in vom Verwender bestimmten Intervallen durchgeführt werden. Die Daten, welche für diesen Ablauf erforderlich sind, können gesammelt werden, um jegliche Abweichungstendenz der Kenngrößen des Pyrometersystems zu verfolgen. Wenn eine merkliche Abweichung zwischen den Temperaturmeßvorrichtungen und der bestimmten Durchstrahlungstemperatur beobachtet wird, kann das System rekalibriert werden oder können Wartung oder Kammerreinigung erfolgen.
  • Bei einigen Anwendungen kann das Durchlässigkeitsmeßsystem der vorliegenden Erfindung ferner während einer normalen Behandlung der Wafer betrieben werden. Speziell kann das System der vorliegenden Erfindung während einer normalen Behandlung der Wafer verwendet werden, wobei die Wafersubstratdotierung bekannt ist und der Wafer eine meßbare Infrarotstrahlungsmenge durchläßt. Beispielsweise kann die Ablaufsvorschrift durchgeführt werden, und während das Pyrometer Temperaturmessungen vornimmt, prüft ein Algorithmus die Meßwerte von dem Pyrometer im Vergleich zu denen der Infrarotdurchstrahlung. Wenn der Unterschied zwischen den Meßwerten eine bestimmte Grenze überschreitet, so kann dies ein Hinweis sein, daß ein Korrektureingriff erforderlich ist. Dieses Verfahren kann in einem Teil oder dem gesamten festgelegten Temperaturbereich bzw. der Vorschriftszeit ausgeführt werden.
  • Tatsächlich kann, wenn genügend Informationen über den Wafer, welcher behandelt wird, bekannt sind, die Temperaturmeßvorrichtung in der Behandlungskammer kalibriert werden, während der echte Wafer behandelt wird. Die Kalibration kann beispielsweise in dem frühen Teil des Temperaturzyklus erfolgen, wobei sich der Wafer noch auf einer Temperatur befindet, welche niedrig genug ist, daß das Infrarotdurchstrahlungssystem angemessen funktioniert. Bei dieser Anwendung kann die Temperatur, welche aus der Infrarotdurchstrahlung abgeleitet wird, dazu dienen, den Schätzwert des Abstrahlungsvermögens des Wafers zu verbessern und daher die Genauigkeit des Pyrometers zu verbessern.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Durchlässigkeitsmeßsystem der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um die Gleichmäßigkeit des Ablaufs zu überwachen. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfaßt das System vorzugsweise mehrere Durchlässigkeitsmeßvorrichtungen, welche dazu dienen können, die Lichtdurchlässigkeit an verschiedenen Orten auf dem Wafer zu messen. Während einer normalen Behandlung des Wafers oder eines Testlaufs unter Verwendung eines speziellen Wafers kann das Durchlässigkeitsmeßsystem die Temperatur des Wafers bei den mehreren Orten verfolgen. Diese Information kann sodann verwendet werden, um zu prüfen und zu bestimmen, ob der Erwärmungszyklus, welcher für das System programmiert wurde, bei sämtlichen Orten, bei welchen eine Durchlässigkeitsmessung erfolgt, einwandfrei arbeitet. Genauer liefert das Durchlässigkeitsmeßsystem bei diesem Ausführungsbeispiel ein Echtzeitverfahren zum Nachweisen, daß die Erwärmungszyklen richtig eingestellt sind. Beispielsweise kann das Durchlässigkeitsmeßsystem das Temperaturverlaufsprofil eines Erwärmungszyklus bestimmen, wobei dies genauigkeitshalber Erwärmungs- und Abkühlungsgeschwindigkeiten umfaßt. Dadurch, daß die Erwärmungszyklen bei sämtlichen überwachten Orten innerhalb vorbestimmter Grenzen gehalten werden, wird die Gleichmäßigkeit des Ablaufs verbessert, gleichgültig, ob der Ablauf, welcher in der Kammer ausgeführt wird, das Glühen oder das Abscheiden von Materialien auf einem Wafer ist.
  • Im Prinzip kann das Heizsystem der Wärmebehandlungskammer unter Verwendung einer Rückführregelung ausgehend von der Temperatur, welche durch die Infrarotdurchlässigkeitsmessung der vorliegenden Erfindung in einem Regelungsmodus abgeleitet wird, geregelt werden. Dies kann in dem Fall nützlich sein, daß das Pyrometer vorher noch nie kalibriert wurde und dessen Messungen infolgedessen zu ungenau sind, um es zu ermöglichen, diese zum Regeln des Erwärmungszyklus zu verwenden.
  • Außer einer Verwendung in einem Regelungszyklus kann das Infrarotdurchlässigkeitsmeßsystem der vorliegenden Erfindung ferner bei einem rückführungslosen Steuerungszyklus verwendet werden. Bei einem rückführungslosen Steuerungszyklus wird kein Rückführsignal verwendet, um die Lichtquellen zu regeln. Stattdessen werden die Lichtquellen geeignet vorprogrammiert, um einen bestimmten Erwärmungszyklus durchzuführen.
  • Eine Verwendung des Durchlässigkeitsmeßsystems der vorliegenden Erfindung zum Bestimmen der Temperatur von Wafern unabhängig von jeglichen anderen Temperaturmeßvorrichtungen ist besonders bei Temperaturen von weniger als etwa 800°C nützlich, bei welchen die meisten Wafer eine meßbare Infrarotstrahlungsmenge durchlassen. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann das Durchstrahlungssystem der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um die Temperatur des Wafers, welcher behandelt wird, bei niedrigeren Temperaturen zu überwachen, während das normale Temperaturmeßsystem verwendet werden kann, um die Temperatur des Wafers bei höheren Temperaturen zu überwachen. Beispielsweise ist das Durchlässigkeitsmeßsystem bei diesem Ausführungsbeispiel besonders gut zur Verwendung in Verbindung mit Pyrometern geeignet, welche bei niedrigeren Temperaturen nicht entsprechend genau sind.
  • Zuletzt kann eine vollständige Rückführregelung während des gesamten Behandlungszyklus ab Raumtemperatur aufwärts angewandt werden, wodurch die Notwendigkeit eines Heizblocks mit rückführungsloser Steuerung ausgeräumt wird, welcher normalerweise verwendet wird, um einen Wafer auf die Temperatur zu erwärmen, bei welcher eine Pyrometerregelung erfolgt. Dieses Ausführungsbeispiel kann Gesamtverfahrenssteuerung und -durchlauf verbessern, während der Aufwand, welcher zum Entwickeln von Vorschriften notwendig ist, vermindert wird. Ferner sollte bei Anwendungen, bei welchen die maximalen Behandlungstemperaturen niedriger als etwa 800°C sind, der gesamte Erwärmungszyklus durch das Durchlässigkeitsmeßsystem der vorliegenden Erfindung gesteuert werden.
  • Die Anwesenheit eines örtlichen Durchlässigkeitsmeßsystems kann ferner verschiedene andere nützliche Informationen während der Behandlung von Wafern liefern. Beispielsweise ist das System der vorliegenden Erfindung ferner geeignet, Informationen darüber zu liefern, ob der Wafer, welcher behandelt wird, bei der interessierenden Temperatur lichtundurchlässig ist oder nicht. Diese Information kann verwendet werden, um automatisch eine optimale Temperaturmessung und Regelungsalgorithmen zum Behandeln von schwach dotierten, stark dotierten und metallisierten Wafern in optimalen Weisen, welche deren sehr unterschiedliche Energieabsorptionseigenschaften berücksichtigen, auszuwählen.

Claims (70)

  1. Verfahren zum Kalibrieren einer Temperaturmeßvorrichtung (27), umfassend: Abstrahlen von Lichtenergie von einer Kalibrierungslichtquelle (23) auf einen Wafer (14), welcher aus einem Halbleitermaterial hergestellt ist, während der Wafer (14) erwärmt wird; Erfassen der abgestrahlten Menge der Lichtenergie, welche durch den Wafer (14) durchgelassen wird; Bestimmen der Temperatur des Wafers (14) auf Basis der Menge der durchgelassenen Lichtenergie, welche erfaßt wird; und Kalibrieren der Temperaturmeßvorrichtung (27), welche die Temperatur des Wafers (14) auf Basis der Temperatur misst, welche anhand der Menge der Lichtenergie, welche durch den Wafer (14) durchgelassen wird, bestimmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend: Bereitstellen einer Wärmebehandlungskammer (12), welche mindestens eine Temperaturmeßvorrichtung (27) zum Überwachen der Temperatur eines Halbleiterwafers enthält, welcher in der Kammer (12) angeordnet ist, wobei sich die Wärmebehandlungskammer (12) in Verbindung mit einer Heizvorrichtung (22) zum Erwärmen von Wafern (14), welche in der Kammer (12) enthalten sind, befindet, wobei die Kammer (12) ferner die Kalibrierungslichtquelle (23) umfaßt; und Anordnen des Kalibrationswafers (14) in der Wärmebehandlungskammer (12).
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Heizvorrichtung (22) mindestens eine Lichtenergiequelle (24) umfaßt.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Heizvorrichtung (22) eine Suszeptorplatte (26) umfaßt.
  5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Lichtenergie, welche durch den Kalibrationswafer (14) durchgelassen wird, bei einer vorbestimmten Wellenlänge erfaßt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die vorbestimmte Wellenlänge eine Wellenlänge von etwa 1 Mikrometer bis etwa 2 Mikrometer umfaßt.
  7. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Kalibrationswafer (14) einen Siliziumwafer umfaßt.
  8. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Temperaturmeßvorrichtung (27) ein Pyrometer umfaßt.
  9. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Menge der Lichtenergie, welche durch den Kalibrationswafer (14) durchgelassen wird, bei einem Ort auf dem Wafer (14) erfaßt wird, bei welchem die Dicke des Wafers (14) weniger als etwa 150 Mikrometer beträgt.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Menge der Lichtenergie, welche durch den Kalibrationswafer (14) durchgelassen wird, bei einem Ort auf dem Wafer (14) erfaßt wird, bei welchem die Dicke des Wafers (14) vermindert wurde.
  11. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Kalibrierungslichtquelle (23) einen Laser oder eine Leuchtdiode umfaßt.
  12. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Kalibrierungslichtquelle (23) eine Superlumineszenz-Leuchtdiode umfaßt.
  13. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Kalibrierungslichtquelle (23) einen Superfluoreszenzfaserlaser oder einen Halbleiterlaser umfaßt.
  14. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Lichtenergie, welche durch den Kalibrationswafer (14) durchgelassen wird, bei mehr als einer Wellenlänge erfaßt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Kalibrationswafer (14) einen Wafer (14) umfaßt, welcher mindestens einen dünnen Bereich aufweist, wobei der dünne Bereich eine erste Dicke aufweist, welche kleiner als eine zweite Dicke des Wafers (14) ist, wobei der dünne Bereich eine Dicke von weniger als etwa 150 Mikrometer aufweist.
  16. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der dünne Bereich eine Dicke von weniger als etwa 100 Mikrometer aufweist.
  17. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Wafer (14) eine Vielzahl dünner Bereiche umfaßt.
  18. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Kalibrationswafer (14) ferner eine Beschichtung (70, 72, 74) umfaßt, welche auf mindestens einer Seite des Wafers (14) angeordnet ist.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Reflexionsvermögen der Beschichtung (70, 72, 74) bei einer bestimmten Wellenlänge kleiner als etwa 0,25 ist, wobei die bestimmte Wellenlänge zwischen etwa 1 Mikrometer und 2 Mikrometer liegt.
  20. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Wafer (14) eine Vielzahl von dünnen Bereichen umfaßt, welche in Gruppen zusammengefaßt angeordnet sind.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei der Wafer (14) mehrere Orte umfaßt, bei welchen die Vielzahl dünner Bereiche in Gruppen zusammengefaßt angeordnet wurde.
  22. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der dünne Bereich eine maximale Längenausdehnung von mindestens 1 mm aufweist.
  23. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Kalibrationswafer (14) eine Öffnung (80) definiert, wobei der dünne Bereich ein dünnes Element (82) umfaßt, welches über der Öffnung (80) angeordnet ist, wobei der Kalibrationswafer (14) ferner eine Haltekappe umfaßt, welche auf einer Seite des Wafers (14) angeordnet ist, um das dünne Element (82) in Position zu halten.
  24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei die Haltekappe ein Material umfaßt, welches bei einer bestimmten Wellenlänge, bei der die Lichtenergie, die durch den Kalibrationswafer (14) durchgelassen wird, erfaßt wird, transparent ist.
  25. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Kalibrationswafer (14) ferner ein Füllelement umfaßt, welches neben dem dünnen Bereich angeordnet ist, wobei das Füllmaterial aus einem Material hergestellt ist, welches für eine Lichtwellenlänge, bei welcher die Durchstrahlung erfaßt wird, transparent ist, wobei das Füllelement dazu dient, die thermisch wirksamen Massenunterschiede zwischen dem dünnen Bereich und dem Rest des Wafers (14) zu vermindern.
  26. Verfahren nach Anspruch 25, wobei das Füllelement aus Quarz oder Aluminiumoxid hergestellt ist.
  27. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Menge der Lichtenergie, welche durch den Kalibrationswafer (14) durchgelassen wird, bei mehreren Wellenlängen erfaßt wird, wobei die erfaßte Lichtenergie bei den mehreren Wellenlängen verwendet wird, um die Temperatur des Kalibrationswafers (14) zu bestimmen.
  28. Verfahren nach Anspruch 2, wobei sich die Wärmebehandlungskammer (12) in Verbindung mit einer ersten Kalibrierungslichtquelle (23) und einer zweiten Kalibrierungslichtquelle (23) befindet, wobei die erste Kalibrierungslichtquelle (23) eine inkohärente Lichtquelle umfaßt, die zweite Kalibrierungslichtquelle (23) eine kohärente Lichtquelle umfaßt, wobei die erste Kalibrierungslichtquelle (23) verwendet wird, um Durchlässigkeitsmessungen bei niedrigeren Temperaturen vorzunehmen und die zweite Kalibrierungslichtquelle (23) verwendet wird, um die Temperatur des Wafers (14) bei höheren Temperaturen in Verbindung mit den Durchlässigkeitsmessungen bei niedrigerer Temperatur zu bestimmen.
  29. Verfahren nach Anspruch 23, wobei die Haltekappe nicht durchgehend über der Oberfläche des Wafers (14) verläuft, wobei sich die Haltekappe nicht an dem Ort auf dem Wafer (14) befindet, wo die Temperaturmeßvorrichtung (27) die Temperatur des Wafers (14) bestimmt.
  30. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Kalibrationswafer (14) eine Beschichtung (70, 72, 74) umfaßt, wobei die Beschichtung dazu dient, die Wirkungen von Unterschieden zwischen den dünnen Bereichen und dem Rest des Wafers (14) zu vermindern.
  31. Verfahren nach Anspruch 30, wobei die Beschichtung (70, 72, 74) Silizium, Polysilizium, Siliziumnitrid oder Mischungen davon umfaßt.
  32. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Kalibrationswafer (14) einen Wafer (14) umfaßt, welcher aus einem lichtundurchlässigen Material hergestellt ist, wobei der Wafer (14) ferner Durchstrahlungsbereiche umfaßt, welche Silizium umfassen, wobei die Durchstrahlungsbereiche beschichtet sind, wo die Menge der durchgelassenen Lichtenergie erfaßt wird.
  33. Verfahren nach Anspruch 32, wobei das lichtundurchlässige Material dotiertes Silizium, ein Metall oder ein Silicid umfaßt.
  34. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die abgestrahlte Lichtenergie elektromagnetische Strahlung mit einer vorbestimmten Wellenlänge umfaßt.
  35. Verfahren nach Anspruch 34, wobei die vorbestimmte Wellenlänge eine Wellenlänge von etwa 1 Mikrometer bis etwa 2 Mikrometer umfaßt.
  36. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Temperaturmeßvorrichtung (27) ein Pyrometer umfaßt.
  37. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Menge der Lichtenergie, welche durch den Wafer (14) durchgelassen wird, bei einem Ort auf dem Wafer (14) erfaßt wird, bei welchem die Dicke des Wafers (14) weniger als etwa 150 Mikrometer beträgt.
  38. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Menge der Lichtenergie, welche durch den Wafer (14) durchgelassen wird, bei einem Ort auf dem Wafer (14) erfaßt wird, bei welchem die Dicke des Wafers (14) in Verhältnis zu dem Rest des Wafers (14) vermindert wurde.
  39. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Wafer (14) einen Siliziumwafer umfaßt.
  40. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Wafer (14) mindestens einen dünnen Bereich umfaßt, welcher eine erste Dicke aufweist, welche kleiner als eine zweite Dicke des Wafers (14) ist, wobei der dünne Bereich eine Dicke von weniger als etwa 150 Mikrometer aufweist.
  41. Verfahren nach Anspruch 40, wobei der dünne Bereich eine Dicke von weniger als etwa 100 Mikrometer aufweist.
  42. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Wafer (14) eine Beschichtung auf mindestens einer Seite des Wafers (14) aufweist.
  43. Verfahren nach Anspruch 42, wobei die Beschichtung (70, 72, 74) bei einer bestimmten Wellenlänge ein Reflexionsvermögen von weniger als etwa 0,25 aufweist, wobei sich die bestimmte Wellenlänge zwischen etwa 1 Mikrometer und 2 Mikrometer befindet.
  44. Verfahren nach Anspruch 40, wobei der Wafer (14) mindestens 2 Bereiche umfaßt.
  45. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kalibrierungslichtquelle (23) eine kohärente Lichtquelle umfaßt, welche in geeigneter Verbindung mit einem optischen Element angeordnet ist, wobei das optische Element ein geschliffenes Glasmaterial umfaßt.
  46. System (10) zum Kalibrieren einer Temperaturmeßvorrichtung (27) in Wärmebehandlungskammern (12), umfassend: eine Kammer (12), welche geeignet ist, Halbleiterwafer (14) aufzunehmen; eine Heizvorrichtung (22) in Verbindung mit der Kammer (12) zum Erwärmen eines Halbleiterwafers, welcher in der Kammer (12) enthalten ist; eine Temperaturmeßvorrichtung (27) zum Überwachen der Temperatur von Halbleiterwafern (14), welche in der Kammer (12) enthalten sind; einen Kalibrationswafer (14) zur Anordnung in der Kammer (12); eine Kalibrierungslichtquelle (23) zum Abstrahlen von Energie bei mindestens einer speziellen Wellenlänge auf den Kalibrationswafer (14); und einen Lichtdetektor (42), welcher geeignet angeordnet ist, um die Menge der Lichtenergie, welche durch den Wafer (14) durchgelassen wird, von der Kalibrierungslichtquelle (23) bei der speziellen Wellenlänge zu erfassen, wobei die Menge der erfaßten Lichtenergie verwendet wird, um die Temperaturmeßvorrichtung (27) zu kalibrieren.
  47. System nach Anspruch 46, ferner umfassend eine Steuerung (50) in Verbindung mit dem Lichtdetektor (42) und der Temperaturmeßvorrichtung (27), wobei die Steuerung (50) geeignet konfiguriert ist, um Informationen von dem Lichtdetektor (42) zu empfangen und die Informationen danach zu verwenden, um die Temperaturmeßvorrichtung (27) zu kalibrieren.
  48. System nach Anspruch 46, wobei die Heizvorrichtung (22) mindestens eine Lichtenergiequelle (24) umfaßt.
  49. System nach Anspruch 46, wobei die Heizvorrichtung (22) eine Suszeptorplatte (26) umfaßt.
  50. System nach Anspruch 46, wobei der Lichtdetektor (42) einen Photosensor umfaßt.
  51. System nach Anspruch 46, wobei die Temperaturmeßvorrichtung (27) ein Pyrometer umfaßt.
  52. System nach Anspruch 46, wobei der Lichtdetektor (42) geeignet abgestimmt ist, um die Lichtenergie zu erfassen, welche elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von etwa 1 Mikrometer bis etwa 2 Mikrometer umfaßt.
  53. System nach Anspruch 46, wobei die Kalibrierungslichtquelle (23) einen Laser, eine Leuchtdiode, eine Superlumineszenz-Leuchtdiode oder einen Superfluoreszenzfaserlaser umfaßt.
  54. Kalibrationswafer (14), welcher dazu vorgesehen ist, zum Kalibrieren von Temperaturmeßvorrichtungen (27) in Wärmebehandlungskammern (12) verwendet zu werden, wobei der Kalibrationswafer (14) umfaßt: einen Wafer (14) mit einem Durchmesser von mindestens 200 mm, wobei der Wafer (14) mindestens einen dünnen Bereich umfaßt, welcher eine erste Dicke aufweist, welche kleiner als eine zweite Dicke des Wafers (14) ist, wobei der dünne Bereich eine Dicke von weniger als 150 Mikrometer aufweist, wobei der dünne Bereich ein dünnes Materialstück (82) umfaßt, welches über einem Loch (80) angeordnet ist, welches durch den Wafer (14) definiert ist.
  55. Kalibrationswafer nach Anspruch 54, wobei der dünne Bereich eine Dicke von weniger als etwa 100 Mikrometer aufweist.
  56. Kalibrationswafer nach Anspruch 54, wobei der Wafer (14) mindestens zwei dünne Bereiche umfaßt.
  57. Kalibrationswafer nach Anspruch 54, wobei die zweite Dicke des Wafers (14) mindestens 250 Mikrometer beträgt.
  58. Kalibrationswafer nach Anspruch 54, wobei der dünne Bereich eine maximale Längenausdehnung von mindestens 1 mm aufweist.
  59. Kalibrationswafer nach Anspruch 54, wobei der spezifische Widerstand des dünnen Bereichs mindestens 0,01 Ωcm beträgt.
  60. Kalibrationswafer nach Anspruch 54, wobei der dünne Bereich Silizium umfaßt.
  61. Kalibrationswafer nach Anspruch 54, wobei der Wafer (14) aus Silizium hergestellt ist.
  62. Kalibrationswafer nach Anspruch 54, wobei der Wafer (14) eine Beschichtung (70, 72, 74) auf mindestens einer Seite des Wafers (14) umfaßt.
  63. Kalibrationswafer nach Anspruch 62, wobei das Reflexionsvermögen des Wafers (14) bei einer bestimmten Wellenlänge kleiner als etwa 0,25 ist, wobei sich die bestimmte Wellenlänge zwischen etwa 1 Mikrometer und 2 Mikrometer befindet.
  64. Kalibrationswafer nach Anspruch 54, wobei der dünne Bereich von Wänden umgeben ist, wobei die Wände eine geneigte Oberfläche aufweisen.
  65. Kalibrationswafer nach Anspruch 54, wobei der Wafer (14) eine Vielzahl von dünnen Bereichen umfaßt, welche in Gruppen zusammengefaßt angeordnet sind.
  66. Kalibrationswafer nach Anspruch 54, wobei der Wafer (14) mehrere Orte umfaßt, bei welchen die Vielzahl dünner Bereiche in Gruppen zusammengefaßt angeordnet wurde.
  67. Kalibrationswafer nach Anspruch 54, wobei der Kalibrationswafer (14) eine Öffnung (80) definiert, wobei der dünne Bereich ein dünnes Element (82) umfaßt, welches über der Öffnung (80) angeordnet ist, wobei der Kalibrationswafer (14) ferner eine Haltekappe umfaßt, welche auf einer Seite des Wafers (14) angeordnet ist, um das dünne Element in Position zu halten.
  68. Kalibrationswafer nach Anspruch 67, wobei die Haltekappe ein Material umfaßt, welches bei einer vorbestimmten Wellenlänge, bei der die Lichtenergie erfaßt wird, die durch den Kalibrationswafer (14) durchgelassen wird, transparent ist.
  69. Kalibrationswafer nach Anspruch 54, wobei der Kalibrationswafer (14) ferner ein Füllelement umfaßt, welches neben dem dünnen Bereich angeordnet ist, wobei das Füllelement aus einem Material hergestellt ist, welches bei einer Wellenlänge, bei welcher die Durchstrahlung erfaßt wird, für Licht transparent ist.
  70. Kalibrationswafer nach Anspruch 69, wobei das Füllelement aus Quarz oder Aluminiumoxid hergestellt ist.
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